富水砂卵石地层盾构施工诱发地层塌陷机理及对策的研究

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

2、ervisor：Prof．QITaiyueFebruary,2012西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密叫使用本授权书。(请在以上方框内打“、／”)学位论文作者签名：囱永争指导

3、老师签名：学位论文作者签名：7f列7“歹指导老师签名：日期：20l二、下9日期：如，≯，7、9西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．利用大型三轴剪切试验获得了砂卵石层的应力．应变曲线，对砂卵石层的物理力学参数进

4、行了标定，应用颗粒离散元法对滞后地层塌陷机理进行了数值模拟研究，盾构构施工引起地层塌陷机理主要表现为：盾构开挖面失稳一引起超出土量一形成空洞一空洞向地表移动一诱发地层塌陷。2．应用颗粒离散元法，编制了位移显示程序，研究随着支护压力减小盾构开挖面变形和破坏形状间的规律，提出了开挖面失稳由局部破坏向整体破坏转变的模式。3．以梯形楔形体计算模型为基础，对开挖面极限支护压力公式进行重新推导，在推导中考虑了滑动块侧向三角形和其顶部与滑动块外部土体的相互作用力。分析了盾构开挖面以上破坏棱柱体的形状接近于圆形

5、，采用直径为6m的圆形挡板模拟挡板下落实验，在三维空间修正太沙基松动土压力计算公式。探讨了修正梯形楔形体计算模型参数选取，分析了滑动块顶部摩擦力不能得到完全发挥的机理，引入摩擦力折减系数k来体现这种力学机理，并对其取值进行分析。4．提出以现场实测法确定地层损失的计算方法，探讨了土层内部空洞分布形态，研究了砂卵石地层隧道平面断面收敛模式，选用颗粒离散单元法对地层塌陷变形进行预测，分析了盾构埋深、地层损失数量和地层特性等因素对地层坍塌变形的影响。5．多因素影响下的地层坍塌变形很难用数学表达式进行求解

6、，本文引入BP神经网络和最小二乘支持向量机(LSSVM)对地面坍塌变形进行预测分析。，警．，学位论文作者签名：龠(妊矿日期：矽／?，7．歹、西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要近年来，为了缓解交通拥挤问题，许多大城市开始筹划和修建地铁工程。在此期间，盾构施工诱发很多地面塌陷事故。地铁线路多位于城市道路和居民区地下，因此地面塌陷事故危害性大，引起了社会广泛关注。修建成都地铁1、2号线盾构区间时，在砂卵石地层中曾引发多次地面塌陷。目前，对岩溶塌陷和采矿引发塌陷的研究文献较多，研究内容也比较深入；

7、而针对盾构施工诱发塌陷机理研究较少，对地层塌陷机理的认识和研究尚属起步阶段，研究深度仍停留在语言表述和简图示意水平。本文以成都地铁1、2号线为背景，针对砂卵石地层特性，对盾构施工诱发的地层塌陷演变机理进行研究，并寻找能够解决地层塌陷的对策，论文主要完成了以下几方面的工作：1．通过研究成都地铁1、2号线盾构施工诱发的多起滞后地面塌陷实例，总结了砂卵石地层盾构施工诱发滞后地层塌陷机理，该机理主要包括盾构开挖面失稳、开挖面失稳引起超出土从而形成空洞、空洞向地表移动三个方面。2．为更好掌握砂卵石层力学特

8、性，利用大型三轴剪切试验获得砂卵石层的应力．应变曲线。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点，选用颗粒离散元法作为数值计算工具，通过对大型三轴试验的数值模拟，对砂卵石层的细观参数进行了标定，通过颗粒离散元法对滞后地层塌陷机理进行相应的数值分析。3．地层塌陷根本原因是开挖面失稳造成超出土而引起的，因此本文重点对砂卵石地层盾构开挖面稳定性问题进行了研究。总结影响盾构开挖面稳定性的主要因素，建立数值计算模型，分析内摩擦角、侧压力系数、盾构直径、盾构埋深和地下水位对开挖面稳定性的影响；研究支护压力对开挖面