富水砂卵石地層盾構(gòu)施工誘發(fā)地層塌陷機(jī)理及對(duì)策的研究

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1、SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHONGROUNDCOLLAPSEMECHANISMOFSHIELDTUNNELLn寸GINSATI爪ATEDSANDYPEBBLESTRATUMANDCORRESPOND烈GMEASURESGrade：2006Candidate：BAIYongxueAcademicDegreeAppliedfor：PH．DSpeciality：GeotechnicalEngineeringSup

2、ervisor：Prof．QITaiyueFebruary,2012西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1．保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)；2．不保密叫使用本授權(quán)書(shū)。(請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“、／”)學(xué)位論文作者簽名：囪永爭(zhēng)指導(dǎo)

3、老師簽名：學(xué)位論文作者簽名：7f列7“歹指導(dǎo)老師簽名：日期：20l二、下9日期：如，≯，7、9西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：1．利用大型三軸剪切試驗(yàn)獲得了砂卵石層的應(yīng)力．應(yīng)變曲線，對(duì)砂卵石層的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)

4、行了標(biāo)定，應(yīng)用顆粒離散元法對(duì)滯后地層塌陷機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，盾構(gòu)構(gòu)施工引起地層塌陷機(jī)理主要表現(xiàn)為：盾構(gòu)開(kāi)挖面失穩(wěn)一引起超出土量一形成空洞一空洞向地表移動(dòng)一誘發(fā)地層塌陷。2．應(yīng)用顆粒離散元法，編制了位移顯示程序，研究隨著支護(hù)壓力減小盾構(gòu)開(kāi)挖面變形和破壞形狀間的規(guī)律，提出了開(kāi)挖面失穩(wěn)由局部破壞向整體破壞轉(zhuǎn)變的模式。3．以梯形楔形體計(jì)算模型為基礎(chǔ)，對(duì)開(kāi)挖面極限支護(hù)壓力公式進(jìn)行重新推導(dǎo)，在推導(dǎo)中考慮了滑動(dòng)塊側(cè)向三角形和其頂部與滑動(dòng)塊外部土體的相互作用力。分析了盾構(gòu)開(kāi)挖面以上破壞棱柱體的形狀接近于圓形

5、，采用直徑為6m的圓形擋板模擬擋板下落實(shí)驗(yàn)，在三維空間修正太沙基松動(dòng)土壓力計(jì)算公式。探討了修正梯形楔形體計(jì)算模型參數(shù)選取，分析了滑動(dòng)塊頂部摩擦力不能得到完全發(fā)揮的機(jī)理，引入摩擦力折減系數(shù)k來(lái)體現(xiàn)這種力學(xué)機(jī)理，并對(duì)其取值進(jìn)行分析。4．提出以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法確定地層損失的計(jì)算方法，探討了土層內(nèi)部空洞分布形態(tài)，研究了砂卵石地層隧道平面斷面收斂模式，選用顆粒離散單元法對(duì)地層塌陷變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析了盾構(gòu)埋深、地層損失數(shù)量和地層特性等因素對(duì)地層坍塌變形的影響。5．多因素影響下的地層坍塌變形很難用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行求解

6、，本文引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)對(duì)地面坍塌變形進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。，警．，學(xué)位論文作者簽名：龠(妊礦日期：矽／?，7．歹、西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第1頁(yè)摘要近年來(lái)，為了緩解交通擁擠問(wèn)題，許多大城市開(kāi)始籌劃和修建地鐵工程。在此期間，盾構(gòu)施工誘發(fā)很多地面塌陷事故。地鐵線路多位于城市道路和居民區(qū)地下，因此地面塌陷事故危害性大，引起了社會(huì)廣泛關(guān)注。修建成都地鐵1、2號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間時(shí)，在砂卵石地層中曾引發(fā)多次地面塌陷。目前，對(duì)巖溶塌陷和采礦引發(fā)塌陷的研究文獻(xiàn)較多，研究?jī)?nèi)容也比較深入；

7、而針對(duì)盾構(gòu)施工誘發(fā)塌陷機(jī)理研究較少，對(duì)地層塌陷機(jī)理的認(rèn)識(shí)和研究尚屬起步階段，研究深度仍停留在語(yǔ)言表述和簡(jiǎn)圖示意水平。本文以成都地鐵1、2號(hào)線為背景，針對(duì)砂卵石地層特性，對(duì)盾構(gòu)施工誘發(fā)的地層塌陷演變機(jī)理進(jìn)行研究，并尋找能夠解決地層塌陷的對(duì)策，論文主要完成了以下幾方面的工作：1．通過(guò)研究成都地鐵1、2號(hào)線盾構(gòu)施工誘發(fā)的多起滯后地面塌陷實(shí)例，總結(jié)了砂卵石地層盾構(gòu)施工誘發(fā)滯后地層塌陷機(jī)理，該機(jī)理主要包括盾構(gòu)開(kāi)挖面失穩(wěn)、開(kāi)挖面失穩(wěn)引起超出土從而形成空洞、空洞向地表移動(dòng)三個(gè)方面。2．為更好掌握砂卵石層力學(xué)特

8、性，利用大型三軸剪切試驗(yàn)獲得砂卵石層的應(yīng)力．應(yīng)變曲線。針對(duì)砂卵石層粘聚力低、離散性強(qiáng)的特點(diǎn)，選用顆粒離散元法作為數(shù)值計(jì)算工具，通過(guò)對(duì)大型三軸試驗(yàn)的數(shù)值模擬，對(duì)砂卵石層的細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，通過(guò)顆粒離散元法對(duì)滯后地層塌陷機(jī)理進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值分析。3．地層塌陷根本原因是開(kāi)挖面失穩(wěn)造成超出土而引起的，因此本文重點(diǎn)對(duì)砂卵石地層盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了研究?？偨Y(jié)影響盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的主要因素，建立數(shù)值計(jì)算模型，分析內(nèi)摩擦角、側(cè)壓力系數(shù)、盾構(gòu)直徑、盾構(gòu)埋深和地下水位對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定性的影響；研究支護(hù)壓力對(duì)開(kāi)挖面