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浅覆地铁盾构隧道地表隆起破坏模式与开挖面极限支护力研究

刘志  
【摘要】:浅覆盾构隧道开挖过程中的稳定性问题一直是理论研究以及隧道设计和施工的重要研究方向。传统的有限元法在进行稳定性分析时更注重发生稳定性破坏的过程,而极限分析法直接把研究对象定位于发生稳定性破坏的状态。目前,采用极限分析上限法进行隧道稳定性分析主要有两个方向,一是通过假定破坏区由刚性块体组成的刚性滑块上限法,另一种则是结合有限元法的极限上限有限元法。论文采用这两种方法,从地表隆起破坏模式和开挖面极限支护力两个方面,分析浅覆地铁盾构的稳定性问题。主要研究内容如下: (1)基于假定的平面应变情况下的浅覆盾构隧道开挖面稳定性破坏模式,构建了与之相应的速度场,应用极限分析的上限法原理,通过编制的Matlab计算程序。对浅覆地铁盾构隧道的开挖面稳定性问题进行分析。 (2)利用二维上限有限元计算程序,对建立的浅覆盾构隧道稳定性破坏模式进行了分析,绘制了破坏情况下的网格变化图。通过与平面应变情况下的刚性块体极限上限法计算结果进行比较,验证了两种方法的一致性。 (3)将破坏模式拓展到三维立体空间,利用空间锥体的特性,构建了三维空间情况下浅覆盾构隧道的开挖面稳定性破坏模式,利用编制的刚性滑块上限法程序对稳定性问题进行了求解。 (4)分别利用基于平面应变的极限分析刚性滑块上限法、三维刚性滑块上限法、二维上限有限元法程序计算了长沙地铁二号线浅覆土段盾构开挖过程中的开挖面极限支护力,对土体破坏形式进行了分析,并利用FLAC3D数值软件对三维情况计算结果进行了验证。 (5)利用编制的三维空间刚性滑块上限法程序,分别计算了不同埋深、黏聚力c和内摩擦角中条件下的开挖面稳定性问题,并分别讨论了各个参数对开挖面极限支护力以及破坏模式的影响。


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