卵石層隧道變形離散元分析和物理模型試驗研究.pdf

1、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)由地上向地下的轉(zhuǎn)移，不僅達(dá)到了交通的分流，也是未來城市空間擴(kuò)張的趨勢。新疆烏魯木齊市區(qū)內(nèi)沿著烏魯木齊河帶狀地形，廣泛的分布著沖積、洪積河床堆積形成的卵石地層。在地下工程開發(fā)中，城市地下廣布的卵石地層給發(fā)展帶來諸多技術(shù)難題:卵石地層與常規(guī)巖土工程性質(zhì)有本質(zhì)上的區(qū)別，在隧道開挖過程中，由于卵石顆粒分布不均勻、離散性較大，地層容易坍塌，施工難度增大。本文依托烏魯木齊地鐵1號線暗挖工點，并考慮到未來城市軌道交通及市政隧道的建設(shè)需

2、求，將結(jié)合1號線卵石層城市地鐵隧道埋深較淺，開挖跨度較大的特點，對卵石層地層及地表在暗挖法施工下的變形規(guī)律進(jìn)行研究，并提出了相應(yīng)的地表沉降分級控制指標(biāo)，具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)從卵石層的物理力學(xué)特征出發(fā)，闡述了采用離散元數(shù)值計算方法的原因;然后運(yùn)用基于離散元原理的PFC顆粒流軟件，建立了數(shù)值三軸試驗?zāi)Ｐ?，通過對細(xì)觀參數(shù)的反復(fù)調(diào)整，進(jìn)行了不同顆粒流細(xì)觀參數(shù)下的數(shù)值三軸試驗;分析了不同類型卵石顆粒細(xì)觀參數(shù)對宏觀力學(xué)特性的影響規(guī)律

3、，并結(jié)合實測地層力學(xué)特性曲線，標(biāo)定了針對烏魯木齊卵石地層的顆粒流細(xì)觀計算參數(shù)。
　　(2)在進(jìn)行離散元數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計了地表在不同跨徑和埋深下的變形量，總結(jié)出相應(yīng)的地表沉降量回歸公式，對比分析了地表和拱頂變形數(shù)據(jù)，獲得了兩者之間關(guān)于埋深的變化規(guī)律，利用最佳平方逼近的原理，建立了Peck公式參數(shù)的求解函數(shù)，得出了相應(yīng)的地層損失率Vl和卵石地質(zhì)條件影響系數(shù)n取值區(qū)間，得出了可供該地區(qū)相應(yīng)地層內(nèi)工程可參考的地層沉降預(yù)測方式。

4、>　　(3)在相似比為1∶20條件下，推導(dǎo)出相似模型的物理參數(shù)與原型之間的關(guān)系，確定了相似模型的物理力學(xué)參數(shù)，對于待選用的相似材料，采用了正交試驗的方法，研究了各個因素對其力學(xué)性質(zhì)的影響，確定了卵石地層的相似材料配合比。
　　(4)建立了卵石地層模型試驗箱，開展了不同跨徑和埋深工況下的開挖模型試驗，采用土壓力盒測量圍巖內(nèi)部壓力，采用非接觸式視頻量測系統(tǒng)采集土體變形數(shù)據(jù)，通過試驗直觀反映卵石地層開挖后的變形及卸載情況，與前述離散元模