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盾构施工对土层扰动机理及其对周边环境影响研究
| 论文题名： | 盾构施工对土层扰动机理及其对周边环境影响研究 |
| 关键词： | 盾构隧道施工;土层扰动机理;弹塑性理论;应力路径;管片支护力 |
| 摘要： | 盾构隧道施工扰动会引起周边土体应力场的改变和土体变形，危及周边建筑物、构筑物和地下管线等的安全，揭示盾构施工扰动对环境影响机理，正确判断盾构在不同施工环境下的扰动程度和范围，对控制施工质量、保证安全、节省投资诸方面都有着非常重要的意义。为此，本文基于粘弹塑性理论推导盾构施工扰动塑性区解析解，结合无锡地铁1号线现场实测数据和数值模拟，对盾构施工对隧道周边地层扰动的影响进行全面分析，论文主要的研究工作和成果如下： (1)将圆孔扩张理论引入盾构隧道施工扰动分析，根据土体的土体的强度破坏准则及围岩特征曲线研究了注浆压力、注浆量、注浆时机与盾构施工扰动的关系，并推导了相应的解析解。 (2)采用现场静力触探方法(CPT)对盾构施工扰动的情况进行检测，研究结果表明，土体受扰动的范围主要在1.5D范围内，侧向土体受挤压扰动，拱顶土体受松动扰动。土体受扰动的程度不但与位置有关，还与土体本身的强度有关，土体强度越大，受扰动的影响越小。 (3)对盾构施工现场原状土进行了一系列应力路径室内三轴试验，试验结果表明，土体应力路径对土体的扰动有很大的影响，不同的应力路径下土体强度和变形特征不同，土体强度大小关系为被动压缩>等p压缩>主动压缩，土体卸载应力路径下的强度和破坏时的轴向应变相比加载应力路径要小：土样在压缩路径下的强度要远远大于拉伸路径下的强度。 (4)应力路径试验结果表明无锡原状软粘土屈服面存在明显的各向异性，屈服面方程符合Wheeler模型(2003)，根据土体屈服面方程和盾构施工周边土体应力解析解编制了相应的程序，实现了盾构复杂荷载环境下施工塑性区的自动计算与绘制，并分析了环境荷载的大小和位置对塑性区分布的影响。 (5)将蠕变方程与圆孔扩张理论相结合，提出了一种可考虑时间效应的围岩特征曲线分析方法。研究结果表明，对于柔性隧道，土体蠕变会引起洞周位移和管片支护力随时间增大；对于刚性隧道，蠕变主要引起管片支护力的增加。 (6)根据盾构施工的特点，将不完全发展土拱理论应用于盾构施工扰动分析，土拱效应的发挥和隧道拱顶位移相关，提出了一种可以考虑施工因素和管片刚度的松动土压力计算公式。 (7)建立三维有限元模型计算地面沉降，并将计算结果和现场监测资料进行对比，以验证该数值模型的有效性，随后采用有限元方法对盾构穿越无锡地铁1号线部分风险点的施工力学行为进行了模拟分析，确定最佳的施工参数，并就加固对扰动的影响进行分析以指导施工。 |
| 作者： | 黎春林 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 缪林昌 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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