地下工程开挖硐顶塌落拱形态与地表沉降规律分析

摘要

地下工程开挖，尤其是城市地下空间开发利用，将引起地层沉降，硐顶形成塌落拱，地表建筑物受到不同程度破坏。为此，了解和掌握地下工程开挖硐顶塌落拱形态和地表沉降规律，对我国高速发展的地下工程建设具有重要的理论价值与工程指导意义。本文采用室内相似材料模型试验、理论分析、数值实验分析相结合的方法，对地下工程硐顶塌落拱三维形态演化规律和地表沉降规律展开研究。主要研究成果如下:
　　(1)基于相似材料模型实验，对不同开挖顺序不同上覆地层厚度条件下的硐顶塌落拱形态的三维激光扫描图像进行了数据分析，得出塌落拱范围和拱高随开挖面面积的增大而增大。
　　(2)通过FLAC3D有限差分软件对室内相似材料模型实验进行补充和完善，得出开挖硐顶上覆地层沉降形态成拱状，在开挖面正中心地表最终沉降值最大。利用等值超曲面重构硐顶塌落拱模型，分析了地下工程塌落拱上覆地层沉降规律，与相似实验吻合。对节点最终沉降量处理，得出地表沉降最大值随上覆地层厚度增大而减小，沉降影响区域（沉降槽宽度）随着上覆地层厚度增大而增大。
　　(3)发明了一种地下工程开挖硐顶塌落拱形态三维激光扫描简易装置，可快速建立硐室三维空间形态模型，实现了在不接触不扰动工程实体的情况下，对硐室、巷道、容腔、采空区等进行空间形态三维激光扫描和工程变形量测与监控扫描，优化和减少了数据采集密度，操作简单，价格低廉，携带方便。

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致谢

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

1．3 研究内容和研究思路

第二章 覆岩开挖地层沉陷变形基本理论分析

2．1 普氏平衡拱理论

2．2 摩尔-库仑强度理论

2．3 地表沉陷基本理论

2．3．1 Peck公式法

2．3．2 随机介质理论方法

第三章 硐顶塌落拱形态相似材料模型实验研究

3．1 相似原理及准则

3．2 模拟实验设计

3．2．1 实验目的

3．2．2 相似材料配制

3．2．3 方案设计

3．2．4 实验模型架制作

3．3 试验过程观察与量测

3．3．1 地下工程开挖模拟

3．3．2 塌落拱的观测

3．4 塌落拱形态演化规律实验分析

3．4．1 硐顶塌落三维形态分析

3．4．2 塌落拱拱高影响因素分析

3．4．3 硐顶塌落拱形态参数测量与计算

第四章 硐顶塌落破坏演化与地表塌陷数值模拟分析

4．1 拉格朗日差分法基本原理

4．2 计算方案设计

4．2．1 计算方案

4．2．2 计算模型建立

4．3 上覆地层塌落拱形态演化模拟结果分析

4．4 地表塌陷形态模拟分析

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况