考虑流固耦合的地铁联络通道开挖数值模拟分析

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1、学校代码10530学号201510181966分类号U231+.3密级公开硕士学位论文考虑流固耦合的地铁联络通道开挖数值模拟分析学位申请人田野指导教师印长俊副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业建筑与土木工程研究方向岩土工程二〇一八年五月NumericalSimulationAnalysisofaExcavationConnectedAisleinMetrowithFluid-structureInteractionCandidateTianYeSupervisorAssociateProfessorYinChangjunCol

2、legeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramArchitectureandCivilEngineeringSpecializationGeotechnicalEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学硕士学位论文摘要由于城市人口急剧增升,地面交通压力随之增加,交通拥堵已是人口密集城市的普遍现象,所以加快城市地下轨道交通发展成为必然。当前,地铁建设在国内各大人口密集

3、城市已陆续展开。作为连接左右线隧道的联络通道,起着在突发灾害保证乘客安全疏散的重要作用,带泵房的联络通道还担负着地铁运营中本区间隧道的集排水功能,其在施工过程当中存在的风险性和应对方法逐渐受到大众关注。在地铁联络通道施工过程当中,当联络通道所处位置地下水水位较高时,岩土体的开挖势必导致岩土体内部应力二次分布,而应力场的改变会影响到渗流场,渗流场的变化又会影响应力场,二者相互影响,互相制约,联络通道施工中的流固耦合问题也就此产生。因此,本文以某地铁联络通道工程实例为依托,针对该工程的施工过程,采用有限元方法进行地铁联络通道开挖过程流

4、固耦合数值模拟,研究联络通道在渗流场作用下开挖后对位移场和应力场的影响;并依据监测结果剖析地表沉降和地表建筑位移的规律;最后通过比对数值结果与监测结果,得到一些可靠结论。本文研究内容及结论如下:(1)总结了地铁联络通道现有施工方法及其适用范围和优缺点,并对常用施工方法的特点、经济指标、工期、风险和对环境的影响程度进行了比较。(2)分别对考虑流固耦合与不考虑流固耦合的地铁联络通道开挖后的变形与应力特性进行模拟分析,并将两者模拟结果进行对比,得出结论:不考虑流固耦合时地表各点的沉降均要小于考虑流固耦合的沉降,考虑流固耦合作用的地表沉降

5、和通道拱顶沉降分别为不考虑流固耦合的165%、137%;洞内的水平位移和泵房底部隆起均大于考虑流固耦合作用下的情况;岩土体有效应力值和初支喷混结构的内力值均分别大于考虑流固耦合情况下的有效应力值和内力值。(3)根据监测结果进行地表沉降和地表建筑沉降分析,并与考虑流固耦合和不考虑流固耦合两种数值模拟方法进行对比,结论:联络通道地表3个监测点变化趋势相似,随时间推移累计沉降值均逐渐增大;初支完成后的补充注浆工作对减小地表建筑沉降有显著效果;联络通道两个纵断面地表沉降图三条曲线变化趋势基本一致,均显示在联络通道中心线约15m范围内地表沉

6、降量最大;考虑流固耦合作用的沉降比不考虑耦合及监测值都要大,说明考虑耦合作用的模拟结果偏安全,证明了本文所采用的模拟方法在联络通道施工过程中的流固耦合问题上是可靠的。关键词:联络通道;流固耦合;数值模拟;监测分析I考虑流固耦合的地铁联络通道开挖数值模拟分析AbstractAstheurbanpopulationrapidlyincreases,thepressureofgroundtransportationincreases,trafficcongestionhasbecomeacommonphenomenonindensely

7、populatedcities.Therefore,itwasinevitabledtoacceleratethedevelopmentofurbanundergroundrailtransit.Atpresent,theconstructionofsubwayhasbeenlaunchedsuccessivelyindenselypopulatedcitiesinChina.Asaconnectedaisleconnectingtheleftandrighttunnels,connectedaisleplaysanimporta

8、ntroleinensuringthesafetyofpassengerevacuationintheeventofasuddendisaster.Theconnectedaislewiththepumphousewasalsoresponsibl

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1、学校代码10530学号201510181966分类号U231+.3密级公开硕士学位论文考虑流固耦合的地铁联络通道开挖数值模拟分析学位申请人田野指导教师印长俊副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业建筑与土木工程研究方向岩土工程二〇一八年五月NumericalSimulationAnalysisofaExcavationConnectedAisleinMetrowithFluid-structureInteractionCandidateTianYeSupervisorAssociateProfessorYinChangjunCol

2、legeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramArchitectureandCivilEngineeringSpecializationGeotechnicalEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学硕士学位论文摘要由于城市人口急剧增升,地面交通压力随之增加,交通拥堵已是人口密集城市的普遍现象,所以加快城市地下轨道交通发展成为必然。当前,地铁建设在国内各大人口密集

3、城市已陆续展开。作为连接左右线隧道的联络通道,起着在突发灾害保证乘客安全疏散的重要作用,带泵房的联络通道还担负着地铁运营中本区间隧道的集排水功能,其在施工过程当中存在的风险性和应对方法逐渐受到大众关注。在地铁联络通道施工过程当中,当联络通道所处位置地下水水位较高时,岩土体的开挖势必导致岩土体内部应力二次分布,而应力场的改变会影响到渗流场,渗流场的变化又会影响应力场,二者相互影响,互相制约,联络通道施工中的流固耦合问题也就此产生。因此,本文以某地铁联络通道工程实例为依托,针对该工程的施工过程,采用有限元方法进行地铁联络通道开挖过程流

4、固耦合数值模拟,研究联络通道在渗流场作用下开挖后对位移场和应力场的影响;并依据监测结果剖析地表沉降和地表建筑位移的规律;最后通过比对数值结果与监测结果,得到一些可靠结论。本文研究内容及结论如下:(1)总结了地铁联络通道现有施工方法及其适用范围和优缺点,并对常用施工方法的特点、经济指标、工期、风险和对环境的影响程度进行了比较。(2)分别对考虑流固耦合与不考虑流固耦合的地铁联络通道开挖后的变形与应力特性进行模拟分析,并将两者模拟结果进行对比,得出结论:不考虑流固耦合时地表各点的沉降均要小于考虑流固耦合的沉降,考虑流固耦合作用的地表沉降

5、和通道拱顶沉降分别为不考虑流固耦合的165%、137%;洞内的水平位移和泵房底部隆起均大于考虑流固耦合作用下的情况;岩土体有效应力值和初支喷混结构的内力值均分别大于考虑流固耦合情况下的有效应力值和内力值。(3)根据监测结果进行地表沉降和地表建筑沉降分析,并与考虑流固耦合和不考虑流固耦合两种数值模拟方法进行对比,结论:联络通道地表3个监测点变化趋势相似,随时间推移累计沉降值均逐渐增大;初支完成后的补充注浆工作对减小地表建筑沉降有显著效果;联络通道两个纵断面地表沉降图三条曲线变化趋势基本一致,均显示在联络通道中心线约15m范围内地表沉

6、降量最大;考虑流固耦合作用的沉降比不考虑耦合及监测值都要大,说明考虑耦合作用的模拟结果偏安全,证明了本文所采用的模拟方法在联络通道施工过程中的流固耦合问题上是可靠的。关键词:联络通道;流固耦合;数值模拟;监测分析I考虑流固耦合的地铁联络通道开挖数值模拟分析AbstractAstheurbanpopulationrapidlyincreases,thepressureofgroundtransportationincreases,trafficcongestionhasbecomeacommonphenomenonindensely

7、populatedcities.Therefore,itwasinevitabledtoacceleratethedevelopmentofurbanundergroundrailtransit.Atpresent,theconstructionofsubwayhasbeenlaunchedsuccessivelyindenselypopulatedcitiesinChina.Asaconnectedaisleconnectingtheleftandrighttunnels,connectedaisleplaysanimporta

8、ntroleinensuringthesafetyofpassengerevacuationintheeventofasuddendisaster.Theconnectedaislewiththepumphousewasalsoresponsibl

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