软土中超大直径泥水平衡盾构开挖面稳定性研究

摘要

随着城市建设的快速发展，超大直径泥水平衡盾构在近几年不断增加。随着开挖面尺寸的增加，土体的自稳性能也随之下降，而且开挖面遇到非均质软硬不均的复杂地层的可能性大大增加，因此以泥水平衡盾构施工为典型代表的施工方法，超大断面泥水平衡盾构开挖面稳定性问题在近几年得到了广泛的关注，成为隧道施工掘进的核心问题之一(第一章)。 该论文首先通过室内模型试验(第二章)，较好地模拟了泥水平衡盾构开挖的整个施工过程，并得到了塌陷和冒顶破坏时所对应的极限泥浆压力值。对超大直径泥水平衡盾构在软土中开挖的整个过程有了清晰的认识，并得到了一些泥水平衡盾构开挖的试验模拟经验，以供将来的工程试验研究做参考。 论文根据盾构隧道开挖面破坏的局部失稳和整体失稳两种模式，采用上限解原理分析了局部破坏和整体破坏中超大直径泥水平衡盾构的破坏机理与普通中小直径盾构隧道的不同之处，提出了区分超大直径与普通中小直径盾构隧道的临界直径方法(第三章)。在局部破坏机理分析中，通过改进三维隧道头局部破坏模型，提出了考虑不同开挖施工方法的局部稳定性上限解，定义了整体失稳和局部失稳的区域。在整体破坏机理分析中，通过采用多锥体模型在区域破坏模式中的应用得到了超大直径泥水平衡盾构的整体破坏模式：在冒顶破坏中，超大直径泥水平衡盾构可能出现上部区域的冒顶破坏；而在塌陷破坏中，整个开挖面区域的整体破坏更加危险。并通过建立数值计算模型，验证了三维隧道头局部破坏模型和多锥体整体破坏模型的解析结果的正确性和合理性(第四章)，得到了不同条件下超大直径泥水平衡盾构的破坏机理。 论文最后通过数值模拟和多锥体解进行了影响浅埋超大直径盾构隧道的开挖面稳定的主要影响因素的参数敏感性分析，得到了在非均质土体，相关联、不相关联土体材料中开挖面破坏的基本性质(第五章)。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1概述

1.2隧道开挖面稳定性研究发展现状

1.3课题的来源

1.4本文的主要工作及创新

第2章 隧道开挖面稳定性模型试验

2.1概述

2.2模型试验基本概念和基本原理

2.3工程概况

2.4试验条件设计

2.5试验结果分析

2.6本章小结

第3章 隧道开挖面稳定性解析方法及其原理

3.1概述

3.2局部稳定性分析

3.3整体稳定性分析

3.4本章小结

第4章 隧道开挖面稳定性数值模拟分析

4.1概述

4.2隧道开挖面稳定性三维弹塑性有限差分模型

4.3隧道开挖面稳定性数值模拟结果分析

4.4本章小结

第5章 隧道开挖面稳定性影响因素敏感性分析

5.1概述

5.2系列一：土体不排水抗剪强度敏感性分析

5.3系列二：相关联与不相关联材料的对比

5.4系列三：软硬不均的分层土体工况分析

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1研究总结

6.2存在的问题

6.3研究展望

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果