富水地层隧道开挖地表沉降控制的离心模型试验

摘要

该文首先全面总结了离心模型试验技术的发展历史及应用现状,系统阐述了离心模型试验技术的基本原理.为了探讨离心模型试验技术这一研究手段在地下工程中应用的可行性,结合地质、水文、结构较为复杂的深圳地铁大~科区间暗挖施工SK3+355断面的具体实例,应用我校新近建成的100gt土工离心试验机,采用离心模型试验技术对在富水地层应用水平旋喷桩工艺进行控制降水施工对地表沉降变形及地下管线的影响进行了研究.得到了以深圳地铁富水地层控制降水隧道开挖施工地表沉降槽曲线变化规律,并经过基于ANSYS有限元计算平台进行的数值模拟计算和现场实际监测结果的验证,结果令人满意.离心模型试验技术较好的解决了在地下工程研究中模型土体的自重损失和地层位移分析中地下水渗流场和地层应力场相互耦合作用问题,对于在相似条件下富水地层隧道开挖施工如何控制地表沉降变形的研究方面具有指导意义.并针对动态模拟隧道开挖这一难题利用离心模型对深圳地铁SK3+395断面进行了尝试性的研究,取得了一定的进展.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1本论文研究的主要内容

1.2离心模型试验(Centrifuge Model Test)技术的发展现状

1.3离心模型试验技术的应用领域及取得的成果

1.3.1离心模型试验技术在传统领域的应用

1.3.2离心模型试验技术新的应用领域

第二章离心模型试验技术的基本原理

2.1离心模型试验相似理论

2.1.1相似及相似单值条件

2.1.2量纲分析法(π定理)

2.1.3离心模型试验相似判据

2.2离心模型试验的比尺关系

2.3离心力场的特性

2.3.1离心力场和重力场的区别

2.3.2离心力场的特性

2.4离心模型在离心力场中的运动状态

2.5离心模型试验中的几个问题

2.5.1粒径效应问题

2.5.2边界效应问题

2.5.3离心模型试验的误差分析

2.5.4局部模型的模拟问题

第三章深圳地铁大～科区间暗挖施工离心模型试验

3.1深圳地铁大～科区间暗挖隧道工程概况

3.1.1概况简述

3.1.2工程地质情况

3.1.3水文地质情况

3.1.4区间隧道结构设计简况

3.2 SK3+355断面暗挖施工对地表及煤气管线影响的研究

3.2.1研究目标

3.2.2离心模型试验参数的确定

3.2.3模型材料的选取

3.2.4地层沉降的模拟

3.2.5试验设备

3.2.6试验步骤

3.3 SK3+395断面开挖模拟离心模型试验思路

3.3.1研究目的

3.3.2离心模拟试验思路

3.3.3需要注意的几个问题

3.4离心模型试验图片资料汇总

第四章试验结果及数据分析

4.1管线的控制标准

4.1.1管线沉降控制标准:

4.1.2管节受弯应力控制标准:

4.1.3管接缝张开值控制标准:

4.2 SK3+355断面离心模型试验结果

4.2.1地表各测点位移—时间曲线

4.2.2地表沉降槽位移时间曲线

4.2.3管线的变形检算

4.2.4管线变形分析

4.3试验结果与数值计算比较

4.3.1计算模型的建立

4.3.2计算结果及分析

4.3.3离心模型试验与数值分析结果比较

4.4小结

4.4.1结论

4.4.2建议

4.5试验结果的工程解释

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果