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地铁隧道施工引起的地表沉降及变形研究

作　者: 王金明
导　师: 杨小礼
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 地铁隧道地表沉降镜像法随机介质理论降水渗流
分类号: U456.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 6次
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内容摘要

随着我国交通事业的发展以及城市规模的不断扩大,为了解决日益严重的城市交通拥挤问题,许多大城市已经掀起了一股修建地铁的热潮。城市中修建地铁隧道不可避免会使地表产生移动及变形,过大的地表移动及变形会对地面建筑物、桩基以及地下管线等产生重大危害。国内外学者对此进行了大量的研究,提出了许多预测方法。本文在前人的研究成果基础上,分析了以往预测方法的不足之处,重点研究了由于隧道开挖以及降水等因素引发的地表移动及变形,同时通过数值模拟研究了不同的施工方法对浅埋暗挖地铁隧道地表沉降的影响。本文主要内容包括:(1)对各种不同的沉降槽宽度系数公式进行了分析,认为O’Reilly& New公式为计算沉降槽宽度系数的通用公式,并通过FLAC数值模拟对此进行了验证。(2)绘制了不同沉降槽宽度系数计算公式下地表最大沉降和拱顶沉降的比值与H/D的关系曲线,研究表明:隧道埋深与直径的比值小于1.5后,Peck经验公式预测得到的地表沉降值将产生较大误差,因此认为Peck经验公式的适用条件是隧道埋深与直径的比值大于1.5。(3)采用镜像法原理,推导了考虑非均匀位移收敛下的地层位移解析解;综合分析了Loganathan & Poulos解析公式的不足与可取之处,在本文解析解中引入与地层条件有关的参数对其进行了修正,并将该预测公式应用于国外5个隧道的地层位移预测,结果表明:地层位移预测值与实测值吻合较好。(4)对地表沉降及变形的随机介质预测方法的计算过程进行了简化,结果表明:当隧道的埋深与直径的比值大于3.0后,简化的计算方法与随机介质法的预测结果非常吻合,且该方法计算过程简单,适用于单孔、双孔以及各种断面情况。(5)运用岩土固结、渗流理论,分别推导了由于降水固结和渗流固结引起的地表沉降计算公式,并通过工程实例进行了验证,结果表明:该公式能准确地预测地层降水引发的地表沉降。(6)运用有限差分软件FLAC3D对浅埋暗挖地铁隧道进行数值模拟,重点分析了不同的施工方法对地表沉降的影响。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-23
  1.1 引言  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-20
    1.2.1 经验公式法  10-14
    1.2.2 解析法  14-17
    1.2.3 数值模拟法  17-18
    1.2.4 模型试验法  18-19
    1.2.5 其他方法及研究成果  19-20
  1.3 现状研究中的不足以及本文的主要研究内容  20-23
    1.3.1 现状研究中的不足  21
    1.3.2 本文的主要研究内容  21-23
第二章地铁隧道施工引起地表沉降的经验公式法分析  23-35
  2.1 对经验公式沉降槽宽度系数的分析  23-25
  2.2 FLAC简介  25-29
    2.2.1 FLAC基本原理  26
    2.2.2 运动和位移计算  26-27
    2.2.3 Mohr-Coulomb屈服准则  27-28
    2.2.4 边界条件  28-29
  2.3 地铁隧道直径对地表沉降槽宽度影响的数值模拟  29-32
  2.4 对Peck经验公式适用条件的探讨  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章地铁隧道施工引起地层移动的修正的镜像法分析  35-49
  3.1 镜像法原理  35-37
  3.2 考虑地层非均匀收敛的地层位移镜像解析法  37-39
  3.3 对Loganathan&Poulos解析公式的分析  39
  3.4 对解析公式中泊松比的讨论  39-41
  3.5 对本文解析公式的修正  41-42
  3.6 工程实例分析  42-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章对随机介质法预测地表沉降及变形计算过程的简化  49-71
  4.1 随机介质法原理  49-51
  4.2 对随机介质法计算过程的简化  51-70
    4.2.1 简化原理  51-53
    4.2.2 对简化公式准确性的验证  53-60
    4.2.3 双孔圆形断面隧道施工引起的地表沉降及变形  60-65
    4.2.4 不同断面形状隧道施工引起的地表沉降及变形  65-66
    4.2.5 地表以下某一深度处的地层沉降及变形  66-70
  4.3 本章小结  70-71
第五章地铁隧道施工引起地表沉降的渗流-应力耦合分析  71-83
  5.1 引言  71-72
  5.2 降水施工引起的地表沉降  72-76
    5.2.1 地层降水后岩土的固结压密  72-75
    5.2.2 渗流作用引发的地表沉降  75-76
    5.2.3 总的地表沉降  76
  5.3 非降水施工引起的地表沉降  76-78
    5.3.1 隧道开挖疏水渗降漏斗曲线  76-78
    5.3.2 非降水施工引发的地表沉降  78
  5.4 工程实例分析  78-82
  5.5 本章小结  82-83
第六章不同施工方法对浅埋暗挖地铁隧道地表沉降影响的数值模拟  83-89
  6.1 引言  83
  6.2 数值模拟  83-87
    6.2.1 计算模型  83-85
    6.2.2 FLAC网格模型  85
    6.2.3 开挖过程地表沉降分析  85-86
    6.2.4 地表沉降曲线分析  86-87
  6.3 本章小结  87-89
第七章结论与展望  89-91
  7.1 结论  89-90
  7.2 论文创新点  90
  7.3 展望  90-91
参考文献  91-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研情况  98

地铁隧道施工引起的地表沉降及变形研究

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