盾構(gòu)隧道垂直土壓力松動(dòng)效應(yīng)的研究.pdf

1、21世紀(jì)將迎來(lái)地下空間開(kāi)發(fā)與利用的高潮。盾構(gòu)隧道施工方法，作為一種環(huán)保、低擾動(dòng)、高效快速的城市隧道施工方法，將得到高速發(fā)展，成為地下空間開(kāi)挖的主流方法之一，在我國(guó)的發(fā)展前景非常廣闊。而在盾構(gòu)隧道施工中管片的投資一般占工程總投資的30～40﹪，是影響施工經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)安全性的重要因素，因此安全、經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)具有重大的意義。 進(jìn)行盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵問(wèn)題是合理地確定作用于管片上的土壓力，它是襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全且經(jīng)

2、濟(jì)的基本要求。其中垂直土壓力影響到水平土壓力和地基反力的確定且是難以準(zhǔn)確計(jì)算的荷載。垂直土壓力的確定不僅與土體復(fù)雜的力學(xué)特性有關(guān)，而且與盾構(gòu)施工引起地層位移的大小有關(guān)。準(zhǔn)確地確定垂直土壓力的關(guān)鍵是合理地評(píng)價(jià)隧道上部土體的松動(dòng)效應(yīng)，但目前對(duì)盾構(gòu)隧道垂直土壓力松動(dòng)效應(yīng)的評(píng)價(jià)還存在爭(zhēng)議。垂直土壓力的極限最小荷載稱(chēng)為松動(dòng)土壓力，當(dāng)管片提供的反作用力大于此荷載時(shí)，隧道上部土體能夠保持穩(wěn)定。本文研究的主要目的就是明確盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動(dòng)效應(yīng)，從

3、而能夠合理地評(píng)價(jià)盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)而確定松動(dòng)土壓力的大小。 本文在室內(nèi)擋板下落試驗(yàn)研究和二維顆粒流程序數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，針對(duì)盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動(dòng)效應(yīng)和松動(dòng)土壓力的問(wèn)題進(jìn)行了以下研究： (1)設(shè)計(jì)了室內(nèi)擋板下落模型試驗(yàn)裝置，研究了箱內(nèi)土體在不同密實(shí)度和不同埋深的情況下，隨擋板下移擋板上土體重量和箱內(nèi)土體應(yīng)力的變化規(guī)律。 (2)研究了二維顆粒流程序中細(xì)觀(guān)參數(shù)的變化對(duì)雙軸數(shù)值試驗(yàn)應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)的影響，

4、通過(guò)雙軸數(shù)值試驗(yàn)和室內(nèi)三軸試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，確定了顆粒流模擬砂土的細(xì)觀(guān)參數(shù)。 (3)對(duì)室內(nèi)擋板下落試驗(yàn)進(jìn)行了顆粒流模擬，驗(yàn)證了砂土顆粒流模型參數(shù)取值的正確性和顆粒流模擬土拱效應(yīng)的可行性。 (4)對(duì)盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行了顆粒流模擬，分析了不同盾尾空隙、不同埋深、不同直徑和不同土體時(shí)管片上松動(dòng)土壓力、土體位移和土體內(nèi)部應(yīng)力的變化情況。 (5)探討了砂土拱效應(yīng)的形成機(jī)理，提出了改進(jìn)的太沙基松動(dòng)土壓力計(jì)算公式，