卵石層隧道變形離散元分析和物理模型試驗(yàn)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(lái)城市空間擴(kuò)張的趨勢(shì)。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(kāi)發(fā)中，城市地下廣布的卵石地層給發(fā)展帶來(lái)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(kāi)挖過(guò)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(hào)線暗挖工點(diǎn)，并考慮到未來(lái)城市軌道交通及市政隧道的建設(shè)需

2、求，將結(jié)合1號(hào)線卵石層城市地鐵隧道埋深較淺，開(kāi)挖跨度較大的特點(diǎn)，對(duì)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(jí)控制指標(biāo)，具體研究?jī)?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(jì)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(yàn)?zāi)Ｐ?，通過(guò)對(duì)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(yàn);分析了不同類(lèi)型卵石顆粒細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀力學(xué)特性的影響規(guī)律

3、，并結(jié)合實(shí)測(cè)地層力學(xué)特性曲線，標(biāo)定了針對(duì)烏魯木齊卵石地層的顆粒流細(xì)觀計(jì)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(jì)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(duì)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(cè)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(duì)于待選用的相似材料，采用了正交試驗(yàn)的方法，研究了各個(gè)因素對(duì)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(yàn)箱，開(kāi)展了不同跨徑和埋深工況下的開(kāi)挖模型試驗(yàn)，采用土壓力盒測(cè)量圍巖內(nèi)部壓力，采用非接觸式視頻量測(cè)系統(tǒng)采集土體變形數(shù)據(jù)，通過(guò)試驗(yàn)直觀反映卵石地層開(kāi)挖后的變形及卸載情況，與前述離散元模