城市地层不同形态空洞失稳破坏机制的试验研究

摘要

近些年，随着城市的高速发展，地下空间不断被开发，城市道路下方原有的地层环境逐渐改变，道路下方土层中逐渐产生空洞等地下病害，在没有外界因素干扰时，空洞等地下病害保持稳定。但其在地面荷载、地下工程施工扰动等外因作用下，引起地层空洞破坏并向上发展至地面即形成地层塌陷。城市区域内人口、建筑密集和地下管线复杂，一旦发生塌陷事故，将危害到相关地下工程和更广泛的地面环境。此类事故中，空洞大小，形状千差万别，形成的塌陷范围也不尽相同。因此，明确不同形态空洞失稳破坏机制，对于加深对地层空洞认识，减少地面塌陷事故发生具有重要现实意义。
　　通过对空洞形态特征进行分析，确定影响空洞形态的因素:将空洞形态简化为椭圆型，确定短轴长、轴长比、自身倾角、覆跨比为主要形态影响因素。
　　采用平面应变模型试验系统，对不同形态地层空洞进行失稳破坏试验研究，设置不同水平向轴长、垂直向轴长、整体大小、自身倾角、覆跨比变化时的对比实验组。通过各组的失稳破坏试验，采集地层沉降、空洞周围应力的变化情况，以及记录空洞渐进性破坏现象。分析得出了空洞形态影响因素对空洞失稳破坏及引起地层沉降的影响。
　　通过FLAC强度折减法得到不同形态因素影响下空洞稳定性的变化规律，并对各形态因素对空洞稳定性影响做灰色关联分析，采用不同的关联度分析，得到各形态影响的敏感性大小。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 地面塌陷事故现状

1．1．2 地下空洞对地面塌陷的影响

1．2 研究现状

1．2．1 隧道工程施工诱发地层塌陷的风险

1．2．2 不良地质体诱发地层塌陷机制研究

1．3 选题意义

1．4 研究内容及方法

1．4．1 论文研究内容及方法

1．4．2 论文研究技术路线

2 地层空洞失稳破坏试验研究

2．1 实验目的

2．2 相似理论及模型试验相似比

2．2．1 相似三定理

2．3 模型试验相似比的确定

2．4 模型材料配比

2．5 模型实验设计

2．5．1 试验装置

2．5．2 试验步骤

2．5．3 试验内容设计

2．6 实验结果分析

2．6．1 水平方向轴长变化组结果分析

2．6．2 垂直方向轴长变化组结果分析

2．6．3 大小变化组结果分析

2．6．4 倾角变化组结果分析

2．6．5 覆跨比变化组结果分析

2．7 本章小结

3 地层空洞稳定性研究

3．1 引言

3．2 强度折减法介绍

3．2．1 强度折减法的应用及发展

3．2．2 强度折减法基本原理

3．2．3 安全系数求解方法

3．3 数值模拟方案设计

3．3．1 模型基本假定及建模说明

3．3．2 计算模型

3．4 形态因素对空洞稳定性影响分析

3．4．1 覆跨比变化对稳定性的影响

3．4．2 空洞水平轴变化对稳定性的影响

3．4．3 空洞竖向轴变化对稳定性的影响

3．4．4 自身倾角变化对稳定性的影响

3．5 基于灰色关联度的因素敏感性分析

3．5．1 灰色关联度理论

3．5．2 影响因素的敏感性分析

3．6 本章小结

4 结论与展望

4．1 总结和结论

4．2 论文创新点

4．3 展望

参考文献

作者简历

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