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灾害环境下盾构隧道局部漏水对环境影响的数值模拟研究
| 论文题名： | 灾害环境下盾构隧道局部漏水对环境影响的数值模拟研究 |
| 关键词： | 灾害环境;局部漏水;数值模拟;盾构隧道 |
| 摘要： | 作为承载着地铁线路的盾构隧道总是“十隧九漏”，国内外不断发生因为隧道渗漏水最后引发隧道漏水漏砂的工程事故，隧道渗漏水问题也逐渐引起了国内外学者们的关注，然而目前的研究主要采用二维模型对隧道长期渗水问题进行研究，尚缺乏对灾害情况下隧道漏水量较大的情况进行系统研究。 本文首先采用有限差分软件建立了三维的隧道漏水数值模型。模型采用等效渗透法来实现隧道局部漏水，并采用流固耦合计算模式研究隧道局部漏水对隧道周围孔压、地表以及隧道变形和内力的影响，并初步研究了考虑隧道变形和漏水量之间恶化发展时对隧道和地表沉降的影响。研究表明，漏水导致漏水区域附近的孔压相比于静水孔压发生明显的降低，随着漏水位置的不断下移，孔压降低越多，漏水位置是影响孔压降低的主要因素。漏水位置靠近隧道顶部，地表沉降达到稳定的时间越短，地表沉降越深。隧道漏水发生20天内隧道沉降迅速发展，当流量增大时，隧道最大沉降量增大，隧道与地表之间沉降最大值的比值在0.33~80之间，隧道局部漏水会使得隧道纵向沉降不均匀，使得隧道环缝张开，漏水位置越靠近隧道底部，环缝张开量越大，张开量与流量之间成正比，从而验证了隧道漏水与隧道变形耦合发展的机理；当考虑隧道变形和漏水耦合恶化发展时，隧道和地表最大沉降会增加。 针对富水砂层中的盾构隧道经常发生漏水、土体侵蚀、漏水漏砂的情况，为了量化隧道所处的实际风险，设计了一套反映管片在不同张开量下土体流失状态的试验设备，对福建标准砂在不同管片张开量及水压下的土体流失状态进行了试验研究。研究揭示了砂土逐步侵入致漏的机理，并得到试验结果验证，不考虑土颗粒作用的传统水密性实验会高估弹性密封垫的防水性能；提出了临界侵蚀张开量的理论公式，并通过试验结果初步验证了其合理性，公式表明，临界侵蚀张开量与土颗粒竖向所受应力和土层厚度成一次正比关系，与缝隙处水头、土体孔隙率成一次反比；针对福建标准砂，提出了便于实际应用的考虑水压及管片张开量的土体流失状态评估方法。 |
| 作者： | 姚杰 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 郑刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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