【博士】基坑下方運(yùn)營(yíng)隧道卸載回彈的力學(xué)機(jī)理分析【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：工程力學(xué)　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：上海交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　基坑開挖引起的深層位移場(chǎng)一直是工程的難題，尤其在開挖面下方存在運(yùn)營(yíng)地鐵等對(duì)變形要求嚴(yán)格的建(構(gòu))筑物時(shí)．由于此類問題涉及土層固結(jié)與回彈、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形、基坑開挖與穩(wěn)定機(jī)理、隧道變形與保護(hù)、施工順序與施工力學(xué)、反饋分析與施工控制等諸多問題，是一個(gè)集巖土工程與結(jié)構(gòu)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(shí)踐為基礎(chǔ)，通過理論研究和反饋回歸，分析基坑開挖卸載引起下方運(yùn)營(yíng)隧道回彈的機(jī)理并提出了回彈預(yù)測(cè)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(duì)運(yùn)營(yíng)隧道上方基坑開挖進(jìn)行了模擬和數(shù)值實(shí)現(xiàn)，分析了各種因素對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道回彈的影響，并根據(jù)信息化反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，總結(jié)了影響隧道回彈的主要因素。在此基礎(chǔ)上，建立了半近似預(yù)測(cè)公式，并根據(jù)工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了參數(shù)修正。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)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(jìn)行數(shù)值分析。一方面，利用上海典型軟土的流變?cè)囼?yàn)結(jié)果，采用半經(jīng)驗(yàn)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(xué)特性著手，通過關(guān)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(shí)對(duì)加固土體的試樣進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬中的幾個(gè)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(shí)為便于模擬隧道結(jié)構(gòu)剛度，建立了盾構(gòu)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(zhǎng)或某一區(qū)段，梁?jiǎn)卧哂信c隧道相同的等效剛度。利用ANSYS中材料特性設(shè)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(diào)整相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：對(duì)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(qiáng)度提高，且土體加固后，原本軟土地區(qū)對(duì)基坑變形有明顯影響的施工時(shí)間基本對(duì)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(yīng)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(duì)隧道剛度值的變化不敏感?！　?、采用分離參數(shù)法對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，即通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的單個(gè)因素進(jìn)行分離，并進(jìn)行回歸分析得出一些結(jié)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(guān)系，但可近似為回彈量與距離旱線性關(guān)系；隧道的回彈值與開挖寬度呈倒指數(shù)關(guān)系。　　5、根據(jù)土力學(xué)經(jīng)典理論，結(jié)合有限元分析和監(jiān)測(cè)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(yàn)性的近似計(jì)算公式。計(jì)算中充分考慮了隧道處等效土層模量、開挖性狀對(duì)卸載應(yīng)力分布的影響、土體加固對(duì)坑底應(yīng)力釋放率的影響。并通過近似公式計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比較，對(duì)應(yīng)力釋放系數(shù)進(jìn)行了修正?！　?

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