流固耦合模型及在隧道施工引起地面沉降中的应用

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1、分类号：U455题．王825626单位代码：10005学号：B200604030密级：公开北京工业大学工学博士学位论文英文并列题H—FLUID-SO—LIDCOUPLINGMODELANDITS△￡￡L!￡△!!Q胜!Q坠△盟坠§型壁§!Q墼丛￡E墅型星!QTUNNELCoNSTRUCTlON专导师姓名：臣圃杜修左张铉喜职称：院±：教授!教授教授论文报告提交日期2Q!Q：垒：12学位授予日期授予单位名称和地址j量塞工些盘堂jE塞直翅田医垩丕国l嫂曼●，f_-ADissertati。nsubmit

2、tedt。theAcademicc。mmnYLelc789162删flfflfffff『fIllfflffⅢJ『『If¨Ⅲ㈣舢ofBeijingUniversityofTechnologyFluid--solidCouplingModelanditsApplicationtoLandSubsidenceduetoTunnelConstructionInCandidacyofPhilosophyDoctorinCivilEngineeringByYANGYUYoUUndertheSupervisi

3、onofProf．DUXiuliTheCollegeofArchitectureandCivilEngineeringofBeijingUniversityofTechnologyBeijing100124，P．R．China，April，2010独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中刁i包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同

4、工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明：>010．-贪,10本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布沦文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：拉害友导师签名：摘要．摘要地下水是地下空间的赋存介质，也是工程与环境相互作用的媒介和载体，同时也可能成为致灾的主要因素。地下水赋存与渗流状态对工程力学环境和设

5、计条件的影响以及施工中的地下水问题，都构成了工程建设和运营中的一大难题。本文基于流固耦合理论探讨地下水与地铁建设的相互作用问题，主要内容包括：1．提出新的土水特征曲线数学模型，建议北京典型粉土的进气吸力值约为0．1kPa，残余含水量吸力值约为1．2MPa；并在前人研究的基础上，提出北京典型工程土的相对渗透系数计算公式。2．采用非饱和土的流固耦合模型来计算和分析浅埋暗挖工法隧道施工引起的地面沉降问题，采用Geo．studi02007中的简化方法进行有限元求解；并把本文提出的土水特征曲线方程和相对渗

6、透系数方程运用到Geo—studi02007中，对北京地铁10号线某区间隧道工程进行数值计算，其数值计算结果与工程实测值较为接近。3．采用饱和的流固耦合模型来计算和分析富水地区盾构工法隧道施工引起的地面沉降问题，并对工程实例进行数值模拟，在耦合条件下得到的计算沉降值与实测值较为接近；在Biot固结理论的基础上，建议采用蠕变流固耦合模型来预测和评价长期地面沉降问题。4．基于极限分析法对盾构工法隧道开挖面的稳定性问题进行探讨，提出了盾构工法隧道开挖面的三维破坏机构模型，并应用数值方法对该破坏机构模型

7、进行了验证。关键词：流固耦合模型；土水特征曲线；隧道施工：地面沉降____-__。。。———北京T．,Ik大学T学博+学位论文ABSTRACTABSTRACTGroundwaterisstoredin。undergroundspace．Itservesasthemediathatinteractsbetweenengineeringandenvironment，thuscallbeamajorfactorinforminghazard．Theimpactofgroundwateroccurren

8、ceandseepagestateonthemechanicsen舀neeringenvironmentanddesignconditionbothconstitutemajordifficultiestotheundergroundconstructionandoperation．Thispaperdiscussestheinteractionbetweengroundwaterandmeuoconstructionbasedonfluid-solidcouplingtheory．Themai