浅论盾构隧道垂直土压力松动效应的研究

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1、河海大学硕士学位论文盾构隧道垂直土压力松动效应的研究姓名：加瑞申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱伟20070301摘要摘要21世纪将迎来地下空间开发与利用的高潮。盾构隧道施工方法，作为一种环保、低扰动、高效快速的城市隧道施工方法，将得到高速发展，成为地下空间开挖的主流方法之一，在我国的发展前景非常广阔。而在盾构隧道施工中管片的投资一般占工程总投资的30～40％，是影响施工经济性和结构安全性的重要因素，因此安全、经济、合理地进行盾构隧道衬砌设计具有重大的意义。进行盾构隧道衬砌设计时的关键问题是合理地确定作用于管片上

2、的土压力，它是衬砌结构设计安全且经济的基本要求。其中垂直士压力影响到水平土压力和地基反力的确定且是难以准确计算的荷载。垂直土压力的确定不仅与土体复杂的力学特性有关，而且与盾构旖工引起地层位移的大小有关。准确地确定垂直土压力的关键是合理地评价隧道上部士体的松动效应，但目前对盾构隧道垂直土压力松动效应的评价还存在争议。垂直土压力的极限最小荷载称为松动土压力，当管片提供的反作用力大于此荷载时，隧道上部土体能够保持稳定。本文研究的主要目的就是明确盾构隧道垂直土压力的松动效应，从而能够合理地评价盾构隧道垂直土压力的松动效应，进而确定

3、松动土压力的大小。本文在室内挡板下落试验研究和二维颗粒流程序数值模拟的基础上，针对盾构隧道垂直土压力的松动效应和松动土压力的问题进行了以下研究：(1)设计了室内挡板下落模型试验装置，研究了箱内土体在不同密实度和不同埋深的情况下，随挡板下移挡板上土体重量和箱内土体应力的变化规律。(2)研究了二维颗粒流程序中细观参数的变化对双轴数值试验应力一应变曲线的影响，通过双轴数值试验和室内三轴试验结果的对比，确定了颗粒流模拟砂土的细观参数。(3)对室内挡板下落试验进行了颗粒流模拟，验证了砂土颗粒流模型参数取值的正确性和颗粒流模拟土拱效应

4、的可行性。(4)对盾构隧道垂直土压力的松动效应进行了颗粒流模拟，分析了不同盾尾空隙、不同埋深、不同直径和不同土体时管片上松动土压力、土体位移和土体内部应力的变化情况。(5)探讨了砂土拱效应的形成机理，提出了改进的太沙基松动土压力计算公式，对比了室内挡板下落试验和颗粒流数值模拟结果与改进公式计算的结果。关键词：盾构隧道；垂直土压力；松动土压力；松动效应；土拱效应；挡板下落试验；颗粒流模拟AbstmctAbstractThe21stcenturyisthecenturyinwhichtheundergroundspacewil

5、lbegreatlydevelopedandutilized．Shieldtunnellingconstructionmethod，asallenvironmentprotected，lowperturbed，high-efficientandfastmethodinurbantunnellingconstruction,whichwillgetall11igh·speeddevelopmentandbecomeasoneofthemajortechnologiesappliedintheundergroundspacee

6、xcavation,hasabroaddevelopmentprospectin0111"country．Theinvestmentofsegmentgenerallyaccountingfor30-40％ofthetotalprojectinvestmentinshieldtunnellingconstruction,isanimportantfactorthatinfluencestheconstructioneconomicandthestructuresecurity,SOitisofgreatsignifican

7、cetodesigntheshieldliningsafely,economicallyandreasonably．ThekeyproblemoftheshieldtunnelliningdesignistoconfirmtheSOilpressureontheliningreasonably．Itisthebasicdemandtodesigntheliningstructuresafelyandeconomically．Theverticalsoftpressureinfluencesthehorizontalsoil

8、pressRreandthesub-础lcactlon'$confn'mationanditisdifficulttocalculatetheverticalsoilpressureaccurately．Theverticalsoilpressurehasaconnectionnotonly诵tIIth