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原文传递地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层稳定性研究

论文题名：	地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层稳定性研究
关键词：	地铁隧道;施工扰动;土岩复合地层;结构稳定性;颗粒离散元
摘要：	地铁隧道建设具有高风险、高隐蔽性、多因素影响等特点，由此引发的地层失稳破坏事故频繁发生，不仅造成了极大经济损失，并且社会影响恶劣。地层缺陷作为诱发地层失稳破坏的重要因素威胁地铁隧道施工安全，而土岩复合地层隧道施工阶段地层扰动对结构稳定性的影响机制更复杂。基于此，本文依托青岛市地铁施工中经常遇到的土岩复合地层，结合国家自然科学基金项目（51978356）：地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层灾变机制研究，采用理论分析、模型试验以及数值模拟等研究方法，对地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层的失稳破坏规律进行研究，主要研究成果如下：　　（1）通过搜集整理地铁隧道施工阶段发生的62起地层失稳破坏事故案例，基于SPSS统计分析软件建立对应分析模型，挖掘地铁隧道施工阶段诱发地层失稳破坏的主成因，结果表明，导致地铁隧道施工扰动下地层发生失稳破坏的主成因有围岩状况、地层缺陷、地下水影响和大气降水四个成因。　　（2）针对含缺陷土岩复合地层的地铁隧道工程，以地层缺陷与隧道净距、岩跨比为变量，通过模型试验对各工况下的试验过程进行监测和分析，总结出隧道开挖后各工况地层的破坏过程，得到了地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层的失稳破坏模式和失稳破坏规律。　　（3）地层缺陷在隧道塌落拱影响范围内时复合地层的失稳破坏模式：隧道洞室顶部和两侧小范围掉块→隧道洞室与地层缺陷之间产生贯通裂缝→破裂面发展至土岩分界面→隧道洞室与地层缺陷贯通破坏→地层缺陷与隧道洞室的塌落拱产生叠加形成稳定塌落拱。　　（4）采用PFC2D颗粒离散元计算软件模拟地铁隧道施工诱发含缺陷土岩复合地层失稳破坏的过程，进而利用数值模拟对模型试验的结论进行对比、验证以及补充，分析了地层缺陷与隧道净距、岩跨比的不同对复合地层失稳破坏规律的影响，提取到地层稳定性最差时的最不利净距，并分析了不同工况下地表沉降规律。　　（5）地表沉降最大值都在隧道中线处，存在地层缺陷时的地表沉降最大值均比无地层缺陷时大，地表沉降历时曲线的趋势基本相同，沉降速率都经历变快-稳定-变慢的过程，地层缺陷与隧道净距越大，地层缺陷与隧道产生联系所需的时间越长，隧道开挖后地表沉降速率越慢。　　（6）当地层缺陷与隧道净距小于最不利净距时，随着净距的增大最终塌落拱高度越来越大，复合地层稳定性越来越差，当净距大于最不利净距时，随着净距的增大最终塌落拱高度基本不变；随着岩跨比的增大，岩层厚度的增加，最终塌落拱高度减小，复合地层的稳定性越来越强。复合地层稳定性的强弱反映了地层缺陷与隧道洞室相互影响的大小，其本质是二者塌落拱是否产生叠加。
作者：	王正仲
专业：	建筑与土木工程
导师：	张素磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2021