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结构性软土地基中盾构掘进数值模拟及隧道工后沉降分析
| 论文题名： | 结构性软土地基中盾构掘进数值模拟及隧道工后沉降分析 |
| 关键词： | 盾构隧道;数值模拟;结构性软土;工后沉降;土体扰动度 |
| 摘要： | 盾构法已成为我国城市地下铁道、市政公用设施等各种隧道建设中一种重要的施工方法，由施工引起的地面沉降及其对周围环境的影响与隧道的工后沉降，是盾构隧道设计和施工中非常关心的问题。本文采用结构性土本构模型运用三维有限元法对盾构法施工过程中土体结构性对地层位移和地面沉降的影响进行了全面的研究，同时采用扰动土沉降计算模型研究了扰动度等因素对隧道工后沉降的影响规律，得到了一些有意义的结论。本文的主要研究工作包括以下几个方面: （1）结合扰动土沉降计算模型与收敛约束法模拟盾构掘进过程，在ABAQUS中开发了盾构隧道工后沉降建模分析插件，通过计算结果对比揭示了土体扰动分布形式、扰动度大小、扰动影响范围对隧道工后沉降的影响规律，同时分析了土质参数包括结构稳定系数、压缩系数、回弹指数对工后沉降的影响规律。此外，以杭州市第二水源输水通道工程某盾构区段为例研究了土体扰动度及结构稳定系数对隧道不均匀沉降的影响规律。 （2）介绍了一种结构性土的本构模型，根据弹塑性基础理论推导该本构模型的弹塑性刚度矩阵，可以证明当不考虑土体结构性影响时模型能够退化为修正剑桥模型。基于ABAQUS二次开发平台，采用改进欧拉积分算法开发了该模型的三维子程序，并通过模型预测结果与典型结构性软土试验结果对比验证了程序的正确性。采用薄壁取土器取得了杭州输水隧道工程研究区域的原状土样，进行室内一维固结试验与不排水剪切试验标定杭州软土的模型参数，并以此验证了模型的适用性。 （3）以结构性土本构模型中结构强度为评价指标建立了土体扰动度评价方法，从理论上论证该方法与采用现场测试指标（静力触探锥尖阻力及十字板峰值强度）作为评价指标的扰动度评价方法的一致性，为采用数值模型分析土体扰动度提供了理论基础。 （4）以杭州输水隧道某区间盾构掘进过程为例，采用结构性土本构模型在ABAQUS建立了盾构掘进三维有限模型，研究了土体结构性对地表沉降及地层变形的影响规律，并通过数值模型分析了土体扰动度分布规律及其主要影响因素。 上述工作可为结构性软土中评估隧道工后沉降及施工期间地层变形与地表沉降提供参考，对盾构隧道的设计与施工具有一定的指导作用。 |
| 作者： | 顾荣华 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 边学成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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