盾構(gòu)隧道垂直土壓力松動效應(yīng)的研究.pdf

1、21世紀將迎來地下空間開發(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、高效快速的城市隧道施工方法，將得到高速發(fā)展，成為地下空間開挖的主流方法之一，在我國的發(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)濟性和結(jié)構(gòu)安全性的重要因素，因此安全、經(jīng)濟、合理地進行盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計具有重大的意義。 進行盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計時的關(guān)鍵問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)計安全且經(jīng)

2、濟的基本要求。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確計算的荷載。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)。準確地確定垂直土壓力的關(guān)鍵是合理地評價隧道上部土體的松動效應(yīng)，但目前對盾構(gòu)隧道垂直土壓力松動效應(yīng)的評價還存在爭議。垂直土壓力的極限最小荷載稱為松動土壓力，當管片提供的反作用力大于此荷載時，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效應(yīng)，從

3、而能夠合理地評價盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動效應(yīng)，進而確定松動土壓力的大小。 本文在室內(nèi)擋板下落試驗研究和二維顆粒流程序數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，針對盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動效應(yīng)和松動土壓力的問題進行了以下研究： (1)設(shè)計了室內(nèi)擋板下落模型試驗裝置，研究了箱內(nèi)土體在不同密實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觀參數(shù)的變化對雙軸數(shù)值試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線的影響，

4、通過雙軸數(shù)值試驗和室內(nèi)三軸試驗結(jié)果的對比，確定了顆粒流模擬砂土的細觀參數(shù)。 (3)對室內(nèi)擋板下落試驗進行了顆粒流模擬，驗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)對盾構(gòu)隧道垂直土壓力的松動效應(yīng)進行了顆粒流模擬，分析了不同盾尾空隙、不同埋深、不同直徑和不同土體時管片上松動土壓力、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)的形成機理，提出了改進的太沙基松動土壓力計算公式，