软黏土地层本构关系及其在电力顶管工程中的应用研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:anjo888
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软黏土广泛分布于我国沿海地区,我国沿海地区经济发达,电力、通讯管线越来越多,在地面已经严重拥堵的形势下,电缆入地成为主要趋势。而在软黏土地区,由于软黏土本身的物理特性如含水率高、压缩性高、灵敏度高和低强度、低承载力等特点,使得暗挖或明挖隧道在应用过程中具有一定的风险性,盾构施工和顶管施工则成为软黏土地区地下工程的主要施工方法,顶管隧道管片为预制管片,接缝数量要少于盾构隧道,相比盾构隧道而言更具有优势。然而顶管隧道虽然是不开槽施工,但在施工过程中也会不可避免对周围地层产生影响,顶管隧道对土体的扰动规律值得研究。另外,关于土的本构模型,目前已经发展出了很多种,不同的工程如何选择本构模型,本构模型参数如何确定,是进行软黏土研究的主要问题,本文主要工作如下:(1)通过查阅相关文献,查阅了大量实际工程及数值模拟案例,调研了本构模型在软土地区的应用情况,并对软土地区应用最为广泛的三种本构模型主要参数即摩尔库伦模型主要参数:压缩模量、内摩擦角、粘聚力、密度、含水率等,修正剑桥模型主要参数:对数硬化模量λ、各项等压膨胀系数κ、临界状态有效应力比M,小应变模型的几个主要模量:参考割线模量E50ref、参考加卸载模量Eurref、参考切线模量Eoedref、参考剪切模量G0ref的取值情况进行统计分析,并拟合了各参数间的相关关系。(2)对典型软黏土现场取样,并开展室内土工试验,主要包括三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水加载-卸载-再加载试验、标准固结试验、单向压缩-回弹-再压缩试验。结合参数统计分析结果,使用PLAXIS3D中内置的土工试验室程序输入不同本构模型参数,反演现场取样软黏土的室内土工试验。(3)通过对软黏土地层顶管隧道施工典型工程实例的数值模拟,得到不同本构模型计算所得的地表变形结果,结合现场监测数据得到如下结论:修正剑桥模型和摩尔库伦模型能较准确模拟出地表变形规律,两者所计算沉降槽宽度相差不大,但摩尔库伦模型计算地表最大沉降值结果偏小,需要采取一定的技术手段使其计算结果更符合实际。修正剑桥模型计算结果与实测值较为吻合。小应变模型不适于用于模拟软黏土地层地区顶管隧道施工,在洞周一定范围内,小应变计算结果显示洞周位移随着距隧道距离越近而减小,这与传统认识存在差别,该结果还值得商榷;且距离隧道水平距离越远,地表位移并无趋于零的趋势,这也与现实不符。(4)通过对软黏土地层临近既有电力顶管隧道基坑分区施工工程实例的数值模拟,得到不同本构模型计算所得的既有管线变形、坑周地表位移、地连墙变形,基底变形,结合现场监测数据,发现小应变模型能够较好的模拟坑周地表位移,地连墙变形。摩尔库伦模型所计算基底隆起过大,与现实相差较大。(5)摩尔库伦模型以其参数简单易获取的优点依然是目前使用最广的本构模型,但摩尔库伦模型在应用于软黏土地层工程中时,本身存在卸荷回弹范围过大的问题,本节结合顶管隧道工程实例,通过在建模过程中减小隧道下方土体厚度,引入类似小应变模型的卸载模量即提高隧道下方土体弹性模量,来研究此类方法对地层回弹的影响,使摩尔库伦模型在计算软黏土地层顶管隧道过程中的应用性更为合理。(6)基于摩尔库伦模型,对软黏土地层顶管隧道工程土体沉降的主要因素如地应力释放率(对应同步注浆饱满度)、土仓压力、顶管埋深、土体弹性模量和管径等,进行软黏土地层顶管施工效应分析。并分别分析了顶管施工对地表和地层不同位置土体的扰动规律。
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