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砂土地层盾构刀盘切削作用对开挖面稳定的影响研究
| 论文题名： | 砂土地层盾构刀盘切削作用对开挖面稳定的影响研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;开挖面稳定;刀盘切削;砂土地层;模型试验 |
| 摘要： | 随着盾构法在隧道施工中的广泛应用，开挖面稳定问题越来越受到关注。刀盘旋转切削作为盾构机掘进工作中必不可少的一环，对开挖面的稳定起着关键影响，但已有文献针对该影响展开的研究并不全面，未能充分考虑刀盘切削作用对开挖面稳定的影响。本文通过模型试验和理论分析研究方法，对砂土地层中考虑刀盘切削作用下的盾构开挖面稳定问题进行研究，围绕盾构开挖面破坏模式、支护压力变化规律、土压力分布、地表沉降、开挖面渐进式失稳理论模型、刀盘切削作用进行分析，从而对理论模型进行考虑刀盘切削作用的修正。主要研究工作及研究成果如下： （1）本文设计了一种能够实现刀盘切削土体的盾构开挖面稳定模型试验装置，并采用模型试验方法，研究了刀盘切削作用下的开挖面稳定问题，分析了开挖面失稳发展过程中的地表沉降大小、土体颗粒位移云图、土压力数据，得到了刀盘切削条件下的地表沉降发展规律、盾构开挖面破坏模式、支护压力变化规律以及土压力分布规律。 （2）通过对不同试验工况下的沉降数据、土体颗粒位移云图、土压力数据进行分析，揭示了转速、开口率、埋深等刀盘参数对地表沉降、开挖面失稳模式和支护压力变化的影响规律，并与无刀盘、刀盘静止工况进行对比，探究了刀盘切削作用对开挖面稳定的影响机制。 （3）基于模型试验中的开挖面失稳模式，考虑土拱效应，建立了“椭球+对数螺旋体”开挖面稳定三维计算理论模型，通过离散求和推导出支护压力计算公式，并进行渐进式失稳破坏演化分析，得到了盾构开挖面渐进式失稳破坏模型，从而确定极限支护压力的大小。 （4）结合模型试验和理论模型，对刀盘切削作用进行分析，通过对盾构开挖面渐进式失稳破坏模型进行修正，建立了考虑刀盘切削作用的开挖面失稳破坏模型，能够较为准确地对刀盘切削作用下的开挖面极限支护压力进行计算。 |
| 作者： | 向路玖 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 袁大军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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