盾构引起的地层沉降数值模拟方法研究

摘要

随着城市发展，交通拥堵问题越来越严重，很多大城市开始着眼于地下解决方案一建造地铁。地铁提供了交通便利，但其建设过程也带来—些问题：周围建筑物地基沉降。预测和控制这种由地铁隧道开挖造成的地表沉降是非常重要的。一般有这样几种方式处理这个问题：经验法，实测和实验法，理论分析法，数值模拟法。实践证明数值模拟法更有优势：快速，经济，方便和准确。 虽然世界范围内对数值模拟已经研究已久，它也在现代地铁建设中起着重要作用，但它还不够完善，仍然需要研究和改进。本文回顾了有限元历史，然后以ANSYS软件为例，提出了几种改进土压平衡盾构隧道开挖有限元模拟的方法，并用实例验证了有效性，这些方法是：初位移场的再现，盾构轴线的调整，盾构重力的加入，注浆圈形状的改变，盾构和衬砌单元连接的强化。之后推导了平面应力状态下盾构轴线调整引起的地层应力和位移公式，并用有限元模拟说明结果的可靠性以及意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1问题的提出

1.2盾构法施工概述

1.2.1盾构简介

1.2.2盾构法施工的优点

1.2 3盾构机掘进面的稳定机理

1.3地铁盾构法施工引起的地表沉降研究现状

1.4本论文主要研究的内容

第二章土压平衡盾构施工引起的地表沉降

2.1土压平衡盾构机介绍

2.1.1各组成系统

2 1.2不同掘进模式

2.1.3盾构隧道施工主要过程

2.2地表沉降的表现形式

2.2.1纵向地表沉降

2.2.2横向地表沉降

2.2.3地层移动的空间效应

2.2.4地层沉降特征

2.3地表沉降的原因

2.3.1地层原始应力状态的改变

2.3.2衬砌变形

2.3.3地层损失

2.3.4土体固结

第三章盾构法施工模拟的有限元理论

3.1有限元的基本思想和步骤

3.2隧道三维弹塑性计算的基本理论

3.2.1弹塑性材料的本构关系简介

3.2.2屈服准则

3.2.3弹塑性刚度矩阵的计算

3.3盾构法施工模拟的有限元具体应用

3.3.1材料性态的模拟

3.3.2荷载的模拟

3.3.3施工工序的模拟

3.3.4在ANSYS程序中开挖模拟的实现方法

第四章土压平衡盾构施工有限元数值模拟的不足与改进

4.1现阶段模拟的不足

4.1.1模拟过程的系统误差

4.1.2模拟过程的随机误差

4.1.3模拟过程的粗大误差

4.2数值模拟的改进

4.2.1隧道位置和形状问题

4.2.2网格调整问题

4.2.3盾构自重问题

4.2.4盾构和衬砌连接处刚度的问题

4.3盾体偏移引起土层移动的公式推导和数值分析

4.3.1简介

4.3.2理论分析过程

4.3.2数值分析验证

第五章结论与展望

5.1结论

5.2待研究的问题

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文和参与的科研工作