浅埋隧道施工中管线渗漏水对地层变形和破坏的影响

摘要

近年来城市浅埋隧道施工中管线渗漏水诱发的地面塌陷事故频繁出现，针对这一现状，本文采用室内模型试验、颗粒离散元(PFC2D)数值模拟和理论分析相结合的研究方法，基于常见城市地区的软弱围岩，对浅埋隧道施工中管线渗漏水对地层变形和破坏的影响进行了系统研究，取得的主要研究成果如下:
　　(1)无管线渗漏时，隧道开挖之前，地层处于稳定状态，开挖以后，隧道上覆地层逐渐坍塌至地表;有管线渗漏时，隧道开挖之前，管线渗漏水的存在导致地表出现明显沉降，开挖以后，渗漏水弱化了地层成拱效应，隧道上覆地层不但发生了整体坍塌破坏，且破坏范围较无管线渗漏时要大。
　　(2)管线渗漏情况下，随着渗漏水范围的增大，隧道开挖前由渗漏水引起的地表沉降增大，隧道开挖后地层失稳破坏范围和破坏速率增大，因此渗漏水的增多加剧了开挖面上覆地层变形，加速了地层坍塌破坏。
　　(3)管线位置的偏移导致管线渗漏水范围向同一侧偏移，隧道开挖前渗漏水引起的地表沉降范围及开挖后地层塌方破坏范围也随之向同一侧偏移;管线位置的下移使得管线距隧道拱顶的距离减小，渗漏水范围减小，上覆地层变形减弱，最终地层失稳破坏范围减小。
　　(4)随着管线内水压力的增大，管线渗漏水范围及隧道开挖前由渗漏水引起的地表沉降随之增大，隧道开挖后开挖面上覆土层变形及最终地层失稳破坏范围也相应的增大。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 管线变形及渗漏

1．2．2 管线渗漏水对岩土体的作用机理

1．2．3 浅埋隧道围岩破坏研究

1．2．4 隧道模型试验的研究

1．2．5 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 研究内容

1．3．2 研究思路

2 管线渗漏水对地层变形和破坏影响的模型试验研究

2．1 模型试验设计

2．1．1 模型试验相似理论与相似比

2．1．2 模型试验设备

2．1．3 模型试验材料的选取

2．1．4 模型试验方案与步骤

2．2 模型试验结果分析

2．2．1 不同渗漏水范围影响下地层失稳破坏过程

2．2．2 不同渗漏水范围影响下地层变形和破坏对比分析

2．2．3 不同管线位置时地层失稳破坏过程

2．2．4 不同管线位置时地层变形和破坏对比分析

2．2．5 不同管线内水压力时地层失稳破坏过程

2．2．6 不同管线内水压力时地层变形和破坏对比分析

2．3 本章小结

3 管线渗漏水对地层变形和破坏影响的数值模拟研究

3．1 数值模拟方法及模型建立

3．1．1 颗粒离散元方法PFC2D介绍

3．1．2 颗粒微观参数标定及数值模拟方案

3．2 不同渗漏水范围影响下地层失稳破坏数值模拟结果分析

3．2．1 不同渗漏水范围影响下地层失稳破坏过程

3．2．2 不同渗漏水范围影响下地层成拱效应分析

3．2．3 不同渗漏水范围影响下地表沉降对比分析

3．2．4 不同渗漏水范围影响下地层变形对比分析

3．2．5 不同渗漏水范围对地层失稳破坏的影响规律

3．3 不同管线位置时地层失稳破坏数值模拟结果分析

3．3．1 不同管线位置时地层失稳破坏过程

3．3．2 不同管线位置时地表沉降对比分析

3．3．3 不同管线位置时地层变形对比分析

3．3．4 不同管线位置对地层失稳破坏的影响规律

3．4 不同管线内水压力时地层失稳破坏数值模拟结果分析

3．4．1 不同管线内水压力时地层失稳破坏过程

3．4．2 不同管线内水压力时地表沉降对比分析

3．4．3 不同管线内水压力时地层变形对比分析

3．4．4 管线内水压力变化对地层失稳破坏的影响规律

3．5 本章小结

4 结论与展望

4．1 研究结论

4．2 问题与展望

参考文献

作者简历

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