【博士】基坑下方運營隧道卸載回彈的力學機理分析【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：工程力學　　授予學位：博士　　學位授予單位：上海交通大學　　學位年度： 2008年　　基坑開挖引起的深層位移場一直是工程的難題，尤其在開挖面下方存在運營地鐵等對變形要求嚴格的建(構)筑物時．由于此類問題涉及土層固結與回彈、圍護結構內力與變形、基坑開挖與穩(wěn)定機理、隧道變形與保護、施工順序與施工力學、反饋分析與施工控制等諸多問題，是一個集巖土工程與結構工程于一體的系統(tǒng)工程，目前尚無一套較系統(tǒng)的理論。本文以上海高靈敏性軟土地區(qū)大范圍、高比例卸載工程實踐為基礎，通過理論研究和反饋回歸，分析基坑開挖卸載引起下方運營隧道回彈的機理并提出了回彈預測方法?！　∥闹幸胲浻餐馏w的歸一化模型、隧道等效剛度等方法，對運營隧道上方基坑開挖進行了模擬和數(shù)值實現(xiàn)，分析了各種因素對運營隧道回彈的影響，并根據(jù)信息化反饋數(shù)據(jù)進行回歸分析，總結了影響隧道回彈的主要因素。在此基礎上，建立了半近似預測公式，并根據(jù)工程監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了參數(shù)修正。本文的主要研究內容及結論如下：　　1、為控制隧道的回彈，上海軟土往往需要大量的土體加固措旌。通過建立歸一化的土體模型，便于利用有限元進行數(shù)值分析。一方面，利用上海典型軟土的流變試驗結果，采用半經(jīng)驗修正理論來描述軟土的非線性流變特性。另一方面，從水泥攪拌加固土的物理力學特性著手，通過關聯(lián)度分析方法確立了影響水泥攪拌加固土體彈性模量的主要參數(shù)；同時對加固土體的試樣進行室內實驗，得到加固土體的卸載模量。最后，將上海地區(qū)主要土層及加固土體采用了歸一化的模型，通過選擇合適的參數(shù)，可以演變?yōu)椴煌馏w的流變方程式．　　2、研究了實現(xiàn)數(shù)值模擬中的幾個問題。利用ANSYS的二次開發(fā)功能，將歸一化的土體模型作為用戶子程序輸入．同時為便于模擬隧道結構剛度，建立了盾構隧道的“等效連續(xù)化模型”．該模型利用縱向變形特征相似的均勻連續(xù)梁模擬隧道全長或某一區(qū)段，梁單元具有與隧道相同的等效剛度。利用ANSYS中材料特性設置各向異性材料，來模擬隧道的縱向、橫向剛度?！　?、有限元分析中調整相關參數(shù)進行對比分析，得出以下結論：對隧道回彈影響最大的因素為坑底土體加固，不僅抗拔樁的作用隨土體加固強度提高，且土體加固后，原本軟土地區(qū)對基坑變形有明顯影響的施工時間基本對回彈沒有太大影響。其他的主要影響因素有分塊開挖和基坑底部土體應力釋放率。另外，隧道橫向剛度要比土體大很多，而縱向剛度又比較小，隧道的回彈對隧道剛度值的變化不敏感?！　?、采用分離參數(shù)法對反饋數(shù)據(jù)進行回歸，即通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)中的單個因素進行分離，并進行回歸分析得出一些結論：在土體加固后，土體變形基本近似彈性變形；隧道的回彈變化與影響距離大致呈拋物線型關系，但可近似為回彈量與距離旱線性關系；隧道的回彈值與開挖寬度呈倒指數(shù)關系。　　5、根據(jù)土力學經(jīng)典理論，結合有限元分析和監(jiān)測數(shù)據(jù)回歸得到的重要影響因素，建立回彈量的半經(jīng)驗性的近似計算公式。計算中充分考慮了隧道處等效土層模量、開挖性狀對卸載應力分布的影響、土體加固對坑底應力釋放率的影響。并通過近似公式計算結果與監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較，對應力釋放系數(shù)進行了修正?！　?

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