城市人工杂填土隧道围岩特性及结构受力行为研究

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1、国内图书分类号：[U25]密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文城市人工杂填土隧道围岩特性及结构受力行为研究年级二零一五级姓名李世麟申请学位级别工学硕士专业桥梁与隧道工程指导老师张志强教授二零一八年五月ClassifiedIndex:[U25]U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONSURROUNDINGROCKMASSCHARACTERISTICSANDMECHANICALBEHAVIOROFTUNNELWITHMISCELLANEOUSFILL

2、INGGrade:2015Candidate:LIShilinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:Prof.ZHANGZhiqiangMay，2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要在城市地下轨道交通的修建过程中，无论过去或者未来总会不可避免的遇到隧道穿越人工杂填土层的问题，然而城市人工杂填土具有结构松散、承载力低、压缩性高、湿陷性和次固结变形大等特点，这些不良性质都会对工程造成不利影响，也使得

3、隧道的开挖和工后维护具有了很大的不确定性。本文针对浅埋暗挖杂填土隧道中的理论及技术难点，综合运用理论分析、数值模拟和室内试验的方法，系统的分析了杂填土层隧道的围岩特征和结构受力行为。从杂填土的工程特点和力学特性入手，构建人工杂填土本构关系，利用二次开发和数值模拟探究人工杂填土隧道从开挖到工后维护整个过程中的围岩变形及衬砌内力演化规律，包括降雨入渗和次固结效应对于非饱和杂填土隧道的影响，从而形成了一套关于杂填土的合理理论体系。同时，将研究的成果积极的反馈到实际建设中，科学指导了人工杂填土隧道的设计与施工。论文主要研究成果如下：1、基于双屈服面模型，引

4、入修正剑桥模型屈服面和抛物线型屈服面，并考虑杂填土的次固结效应，修改硬化函数，推导新的体变屈服函数和剪切屈服函数。在非相关联条件下，推导人工杂填土的应力应变增量关系，构建人工杂填土本构关系。整合回退算法和带误差控制的改进Euler积分算法，使用ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT进行人工杂填土本构模型的二次开发，并考虑双屈服面本构模型的刚度矩阵可能存在的四种形式，推导出引入时间参量的弹塑性刚度矩阵。2、基于非饱和土固结的一维简化算法，引入次固结参数，推导出适用于人工杂填土的主、次固结耦合的非饱和土一维固结方程。3、通过对人工杂填土暗挖隧道进行数

5、值模拟研究，探明杂填土隧道在开挖过程中的围岩变形规律及结构受力特征；研究在次固结效应影响下，杂填土隧道围岩形变与衬砌内力的演化规律，提出合理的加固措施，并探明其加固效果4、通过对降雨入渗下非饱和人工杂填土隧道的数值模拟，探明降雨对于人工杂填土地层以及隧道衬砌结构的影响；研究降雨入渗对于人工杂填土次固结效应的促进作用，并对人工杂填土隧道在降雨和次固结效应的双重作用下的稳定性进行分析，提出合理的设计与施工建议。关键词：隧道；杂填土；本构模型；次固结；围岩变形；降雨入渗西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractInthecourseofthe

6、constructionofurbanundergroundrailtraffic，theproblemoftunnelstraversalartificialmiscellaneousfillinglayersisinevitableallthetime.However，theurbanartificialmiscellaneousfillingsoilhasseveralcharacteristics，including:loosestructure，lowbearingcapacity，highcompressibility，collapsi

7、bilityanddeformationofsecondaryconsolidationetc.Notonlytheseundesirablepropertieswillhaveanegativeimpactontheproject，butalsoincreaseuncertaintyofexcavationandmaintenanceofthetunnel.Thispaperaimingthetheoreticalandtechnicaldifficultiesofundergroundcuttingwithshallowoverburdenin

8、miscellaneousfilltunnels，andcomprehensivelyusesthemethodsofth