浅埋隧道施工影响下含空洞地层的变形和渐进性破坏规律

摘要

近年来，城市地铁浅埋隧道施工中不良地质体引发的事故的时有发生，引起了广泛关注，本文以主要不良地质体——地层空洞为研究对象，采用颗粒离散元(PFC2D)数值模拟和理论分析相结合的研究方法，对城市地区V级围岩下浅埋隧道施工中含空洞地层沿隧道纵向和横向的变形和渐进性破坏规律进行了系统研究，取得的主要成果如下。
　　(1)进行软弱围岩双轴试验的离散元模拟，通过参数标定过程获得满足V级围岩宏观物理力学参数的细观参数组合。
　　(2)隧道开挖扰动是造成地表沉降和空洞塌落的主要原因，而空洞与隧道的相对位置将直接影响地层的稳定性及地表沉降的量值。
　　(3)地表沉降符合高斯正态分布曲线，且空洞的埋深和大小显著影响地表沉降;围岩应力亦显著受地层空洞大小和位置的影响，且距离空洞越近的围岩其应力受到空洞的影响越显著。
　　(4)地层空洞对开挖面极限支护力影响不大，但其对支护力合理值具有较大影响，施工中需探测不良地质体并采取有效措施保证施工安全。
　　(5)空洞破坏形成的破裂面和开挖面开挖形成的破裂面的发展规律影响着隧道渐进性破坏进程，并显著影响应力松动区的发展规律。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 地铁施工事故诱因分析

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道施工中围岩应力变化研究

1．2．2 隧道施工中地表沉降研究

1．2．3 隧道施工中含空洞地层的变形变化研究

1．2．4 隧道工程数值模拟方法研究进展

1．3 论文研究内容及思路

1．3．1 论文研究内容

1．3．2 论文研究思路

2 数值模拟方法

2．1 颗粒离散元方法PFC2D介绍

2．2 数值模拟步骤

2．3 颗粒细观参数标定

2．4 本章小结

3 浅埋隧道施工影响下含空洞地层的纵断面离散元模拟分析

3．1 隧道纵断面数值模拟方案设计

3．2 隧道纵断面数值模拟模拟方案

3．3 隧道纵断面在开挖面无支护状态下数值模拟研究

3．3．1 地层变形分析

3．3．2 颗粒位移分析

3．3．3 地表沉降变形分析

3．3．4 渐进性破坏分析

3．3．5 掌子面水平位移分析

3．3．6 衬砌应力分析

3．3．7 小结

3．4 隧道纵断面在开挖面卸荷状态下数值模拟研究

3．4．1 地层变形、颗粒位移和地表沉降分析

3．4．2 渐进性破坏分析

3．4．3 掌子面水平位移以及支护结构应力分析

3．4．4 支护结构作用力分析

3．4．5 衬砌和掌子面应力变化分析

3．4．6 小结

3．5 隧道纵断面在有支护力状态下数值模拟研究

3．5．1 地层变形、颗粒位移和地表沉降分析

3．5．2 掌子面水平位移分析

3．5．3 衬砌和掌子面应力变化分析

3．5．4 小结

3．6 本章小结

4 浅埋隧道施工影响下含空洞地层的横断面离散元模拟分析

4．1 隧道横断面数值模拟方案设计

4．2 隧道横断面衬砌支护条件下数值模拟研究

4．2．1 地层变形分析

4．2．2 地层和衬砌应力分析

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 问题与展望

参考文献

作者简历

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