浅埋隧道开挖的三维地层损失模型与复变函数计算方法研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文浅埋隧道开挖的三维地层损失模型与复变函数计算方法研究作者姓名黄迅轩专业学位岩土工程指导教师项彦勇教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年四月如交乂硕士学位论文浅埋隧道幵挖的三维地层损失模型与复变函数计算方法研究作者：黄迅轩导师：项彦勇教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关

2、系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期：年々月乂日签字曰期丨（年⋯月仏曰学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文浅埋隧道开挖的三维地层损失模型与复变函数计算方法研究作者姓名：黄迅轩学号：导师姓名：项彦勇职称：教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业岩土工程研究方向：地下工程开发与利用北京交通大学年月致谢本论文是在导师项彦勇教授的悉心指导下完成的。项老师学识渊博、理论研究深入、治学严谨、诲人不倦，在本人的研究生阶段中发挥了决定性的指导作用。同时，项老师为人宽厚、理解学生、为学生着想，支持学生去想去做，为本人开拓视野提供了坚定的信心

3、。衷心感谢项老师这几年来提供的指导和帮助，这使我受益匪浅，并将影响我的一生。感谢各位同门师兄弟、同学、朋友，尤其是陈建民师兄在各方面给我提出的中肯和实用的建议以及多方面的帮助，安建永师兄、魏昂、任鹏、贾永州在我的求学之路上的陪伴和支持，以及郭家奇师兄的帮助。最后，要特别感谢我的家人，辛苦将我养育成人，培养我接受教育，在我困惑迷茫时给我指点和帮助，鼓励我勇敢尝试不同的道路。我将努力前行，做好今后的工作，报答你们的养育之恩。中文摘要中文摘要摘要：隧道开挖产生的地层损失是引发地层变形的根源。既有基础附近的浅埋隧道幵挖可能导致与自由地层隧道开挖不同的地层损失。隧道开挖地层损失的现有模型一般都

4、是二维的，并且以自由地层为前提假设，没有既有结构基础荷载的影响。隧道开挖引起的地层位移的复变函数计算方法也不够完巷。本文围绕浅埋隧道开挖的三维地层损失及地层位移展开，主要研究内容及结论如下：归纳浅埋圆形截面隧道开挖的地层损失的横向二维模型与纵向分布函数模型，提出了隧道开挖的三维地层损失模型。地层损失横向二维模型由均匀径向收缩、、楠圆化变形⋯、竖向沉降⋯三者之和组成，通过实测或经验确定三者大小。地层损失纵向分布函数可由三个参量确定：隧道在开挖面处的边界位移、隧道开挖面前方的影响距离、隧道开挖面后方的影响距离。三维地层损失模型通过结合横、纵向二维模型得到。提出基础对地层作用力的简化模型；

5、利用明德林位移解及积分，提出了一种预测基础附近浅埋圆形截面隧道开挖地层损失的三维理论计算方法。以桩基为例表明，桩基附近隧道开挖的地层损失形态与自由地层有所不同，桩基荷载侧的地层损失增大，底端位于隧道侧上方或侧下方附近的桩基荷载的影响较小，底端位于隧道中部附近的桩基荷载的影响最显著，影响程度随桩基与隧道的横向距离、纵向距离的减少而增大，随桩基荷载的增大而增大。推导隧道开挖的横向二维模型中竖向沉降效应复变函数的解析函数；利用复变函数计算基础附近浅埋隧道幵挖对地层的影响；利用粘弹性理论的对应原理，结合复变函数方法计算隧道周边地层的蟠变。通过算例表明，自由地层中开挖隧道，当隧道埋深较小时复变

6、函数方法较有限元方法计算结果偏大，但随着深度增加，从某一深度时开始，复变函数方法较有限元方法计算结果偏小。基础附近浅埋隧道开挖的隧道边界位移可用最小二乘法得到拟合函数，该拟合函数考虑了包括隧道边界位移的均匀径向收縮、椭圆化变形、竖向沉降三种对称变形以及沒与两种非对称变形使用本文推导出的相应的复变函数解析函数后，可利用复变函数方法计算周边地层的位移。通过考虑粘弹性的复变函数方法，可得到隧道周边地层随时间变化的位移，符合现实中变化趋势。关键词：地层损失；基础荷载：复变函数；地表沉降；地层位移；蠕变。ABSTRACTABSTRACTABSTRACT：，北京交通大学硕士学位论文￡：目录目录中

7、文摘要研究背景和意义国内外研究现状浅埋隧道幵挖的三维地层损失的研究现状浅埋隧道开挖对地层位移的影响的研究现状本文的研究内容和研究方法研究内容研究方法自由地层中浅埋隧道开挖的三维地层损失及影响因素分析自由地层中浅埋隧道的三维地层损失地层损失横向二维模型地层损失的纵向分布函数地层损失的三维模型自由地层中浅埋隧道开挖的三维地层损失的影响因素分析基础附近浅埋隧道开挖的三维地层损失及应用基础附近浅埋随道开挖的三维地层损失的计算方法基础对地层作用力的简化模型土体内部作