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浅埋隧道开挖的三维地层损失模型与复变函数计算方法研究
| 论文题名： | 浅埋隧道开挖的三维地层损失模型与复变函数计算方法研究 |
| 关键词： | 浅埋隧道;施工项目;地层损失;三维模型;复变函数 |
| 摘要： | 隧道开挖产生的地层损失是引发地层变形的根源。既有基础附近的浅埋隧道开挖可能导致与自由地层隧道开挖不同的地层损失。隧道开挖地层损失的现有模型一般都是二维的，并且以自由地层为前提假设，没有既有结构基础荷载的影响。隧道开挖引起的地层位移的复变函数计算方法也不够完善。本文围绕浅埋隧道开挖的三维地层损失及地层位移展开，主要研究内容及结论如下: (1)归纳浅埋圆形截面隧道开挖的地层损失的横向二维模型与纵向分布函数模型，提出了隧道开挖的三维地层损失模型。 地层损失横向二维模型由均匀径向收缩uε、椭圆化变形uδ、竖向沉降uv三者之和组成，通过实测或经验确定三者大小。地层损失纵向分布函数可由三个参量确定:隧道在开挖面处的边界位移、隧道开挖面前方的影响距离、隧道开挖面后方的影响距离。三维地层损失模型通过结合横、纵向二维模型得到。 (2)提出基础对地层作用力的简化模型;利用明德林位移解及积分，提出了一种预测基础附近浅埋圆形截面隧道开挖地层损失的三维理论计算方法。 以桩基为例表明，桩基附近隧道开挖的地层损失形态与自由地层有所不同，桩基荷载侧的地层损失增大，底端位于隧道侧上方或侧下方附近的桩基荷载的影响较小，底端位于隧道中部附近的桩基荷载的影响最显著，影响程度随桩基与隧道的横向距离、纵向距离的减少而增大，随桩基荷载的增大而增大。 (3)推导隧道开挖的横向二维模型中竖向沉降效应复变函数的解析函数;利用复变函数计算基础附近浅埋隧道开挖对地层的影响;利用粘弹性理论的对应原理，结合复变函数方法计算隧道周边地层的蠕变。 通过算例表明，自由地层中开挖隧道，当隧道埋深较小时复变函数方法较有限元方法计算结果偏大，但随着深度增加，从某一深度时开始，复变函数方法较有限元方法计算结果偏小。 基础附近浅埋隧道开挖的隧道边界位移可用最小二乘法得到拟合函数，该拟合函数考虑了包括隧道边界位移的均匀径向收缩、椭圆化变形、竖向沉降三种对称变形以及ur=u3 cosθ与ur=u4 sin2θ两种非对称变形。使用本文推导出的相应的复变函数解析函数后，可利用复变函数方法计算周边地层的位移。 通过考虑粘弹性的复变函数方法，可得到隧道周边地层随时间变化的位移，符合现实中变化趋势。 |
| 作者： | 黄迅轩 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 项彦勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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