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原文传递盾构施工与桩基础相互作用的三维力学分析与研究

论文题名：	盾构施工与桩基础相互作用的三维力学分析与研究
关键词：	盾构;三维模型;快速拉格朗日差分;开挖掘进;沉降;预测危害;有限差分法;正交试验
摘要：	盾构施工与桩基础相互作用的机理研究是一个极具挑战性的课题.盾构施工过程非常复杂,影响因素众多,且有明显的空间效应,所以完全用解析解来分析的难度相当大,在这种情况下使用三维数值方法分析具有很大的优越性.通过建立盾构施工与桩基础相互作用的三维模型,采用快速拉格朗日差分方法来求解.分别对单桩、两桩和群桩在盾构施工中的反应进行分析,得到了桩基础的位移、桩身侧摩阻力以及桩身弯矩的变化的基本规律,提出工程防护措施.(1)首先回顾了盾构施工与桩基础相互作用的研究现状,对于盾构施工过程引起的地表沉降、掘进过程的阶段划分以及目前盾构与桩基础相互作用的研究方法进行了详细评述,指出影响桩基础反应的主要是掘进荷载、盾尾间隙以及始终作用着的桩顶荷载,盾构过程中桩基础的研究方法与通常的简化方法有所不同,提出了盾构施工与桩基础相互作用的解决方法;(2)在详细分析盾构施工过程的基础上,进行了施工阶段划分,不同于通常的按照沉降为研究目的的划分,可以把桩基础的反应分为接近桩基、通过桩基和远离桩基三个阶段,以对整个盾构施工过程进行动态控制;(3)按照提出的思路建立三维模型,考虑到以往解法的局限性,采用快速拉格朗日差分方法来求解,既有效地解决了盾构施工中开挖连续过程的力学模拟,又较合理地对桩土采用复合非线性弹簧考虑相互作用,而且其误差在可以控制的范围内;(4)利用建立的盾构施工与桩基础相互作用的三维模型以及三维快速拉格朗日差分解法,对单桩与盾构施工的相互作用进行了详细的研究,得到了单桩的位移在盾构施工过程中的变化趋势,以及桩身侧摩阻力和弯矩的分布规律,并对代表工程实际的各种情况加以模拟,提出了建议;(5)在单桩的基础上,对盾构施工过程与两桩的相互作用进行三维差分数值计算,量化了通常情况下只进行概念解释的两桩之间的相互"束缚"和"加筋"作用,得到了两桩之间位移、侧摩阻力的相互影响,以及工程中必须加以重视的负摩阻力分布规律,针对工程实际分析了盾构施工过程中两桩相互作用引起的危害;(6)在单桩和两桩的基础上,建立了盾构施工与群桩相互作用三维差分模型,计算分析了盾构过程中的群桩效应,各桩的不同反应,包括位移、桩顶反力以及侧摩阻力、负摩阻力的分布形式,从数值上解释了群桩之间强烈的土拱效应,并对代表工程实际的多种情况进行分析,提出了实际地铁工程中对于周围建筑物桩基进行加固的措施,包括通过加大桩长、在桩基础和隧道之间设置遮拦桩加以模拟找到了其力学上的量化根据;(7)盾构施工与桩基础相互作用其影响因素众多,通过正交试验设计,考虑了5种主要因素,作出了各桩因素影响程度大小的分析,利于施工决策.
作者：	孙宗军
专业：	道路与铁路工程
导师：	刘松玉
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文