基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形破坏的非线性能耗分析方法研究

摘要

近年来，城市轨道交通建设的快速发展为城市公共交通条件的改善做出了突出贡献。作为轨道交通的一种形式，地铁具有不占用地面空间、运输效率高和安全性高等优点，是解决城市交通拥堵问题的首选方案。城市的中心地带作为核心商业区往往是地下建筑高度密集的地方。为了最大程度的提高中心城区地面建筑的商业价值，许多新建高层建筑往往都紧挨已建地铁隧道修建。鉴于目前在既有盾构隧道周边进行基坑开挖的工程实例越来越多，通过研究基坑开挖诱发邻近既有隧道围岩变形的特征，可以为基坑开挖导致邻近地下结构变形破坏的安全评估提供依据。因此，本文基于Hoek-Brown非线性破坏准则和极限分析上限定理对基坑开挖诱发邻近既有盾构隧道围岩变形破坏的模式和发生机理开展了研究。主要研究内容如下: (1)根据基坑开挖诱发既有盾构隧道周边围岩的变形特征，利用任意线型的曲线构建了适用于分析基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形的上限破坏机制; (2)结合Hoek-Brown破坏准则和极限分析上限定理，分别计算出破坏机制中速度间断面上的外力功率和内能耗散功率，在此基础上获得包含破坏面方程的上限目标函数，再运用变分法计算得到极限状态下盾构隧道周边围岩的破坏面解析方程; (3)利用计算得到的盾构隧道周边围岩破坏面上限方程绘制出破坏模式形状，在此基础上分析了不同参数对破坏模式的影响; (4)依托实际工程案例，采用FLAC3D数值软件构建在既有盾构隧道周边进行基坑开挖的三维模型。通过模拟基坑开挖过程，得到邻近既有盾构隧道周边围岩破坏形状的数值解。将得到的塌落面数值解与理论解进行对比分析，验证理论计算的正确性。 (5)引入敏感性分析的方法，分析了不同参数对盾构隧道周边围岩破坏面的影响。根据敏感性分析结果，得到了众多参数中影响既有隧道围岩变形的关键参数。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．2．1基坑开挖对周围土体影响的研究现状

1．2．2基坑开挖对邻近建筑物影响的研究现状

1．2．3基坑开挖对邻近地铁隧道影响的研究现状

1．3基坑支护体系简介

1．4本文的研究内容

第二章Hoek-Brown破坏准则与极限分析理论

2．1 Hock-Brown非线性破坏准则

2．2极限分析理论

2．2．1虚功原理

2．2．2极限分析下限定理

2．2．3极限分析上限定理

2．3变分法理论

2．4本章小结

第三章基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形模式和破坏范围的上限研究

3．1引言

3．2推导思路与流程图

3．2．1上限定理

3．2．2推导流程

3．3基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩破坏上限分析

3．3．1基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩上限破坏机制

3．3．2基于H-B破坏准则的盾构隧道周边塌落破坏能耗计算

3．4各参数对变形模式与破坏范围的影响分析

3．4．1分析方法介绍

3．4．2参数A对变形模式与破坏范围的影响

3．4．3参数B对变形模式与破坏范围的影响

3．4．4参数σtm对变形模式与破坏范围的影响

3．4．5参数γ对变形模式与破坏范围的影响

3．4．6参数q对变形模式与破坏范围的影响

3．4．7参数β对变形模式与破坏范围的影响

3．5本章小结

第四章基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形模式和破坏范围的数值模拟

4．1 FLAC软件介绍

4．1．1 FLAC软件计算原理

4．1．2 Hoek-Brown准则在FLAC中的实现

4．2基坑开挖诱发邻近盾构隧道围岩变形的数值模拟

4．2．1工程概况

4．2．2基坑的围护结构

4．2．3数值模型建立

4．2．4基坑开挖过程模拟

4．2．5 H-B破坏准则的参数转化

4．3数值解与上限解对比分析

4．4本章小结

第五章基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩变形的上限计算参数敏感性分析

5．1敏感性分析简介

5．2敏感性分析原理

5．3上限分析相关参数对盾构隧道围岩破坏的敏感性分析

5．3．1参数A敏感性分析

5．3．2参数B敏感性分析

5．3．3参数σtm敏感性分析

5．3．4土体重度γ敏感性分析

5．3．5管片支护力q敏感性分析

5．3．6参数β敏感性分析

5．4基坑开挖诱发既有隧道围岩变形的关键参数分析

5．5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录