【摘 要】
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深埋高应力覆存环境下的岩体隧道处于复杂真三维应力状态,围岩力学行为与浅埋隧道存在明显差异,传统的强度理论与分析方法已经不能满足深埋隧道围岩稳定性精细化分析的要求;开挖面三维空间效应问题在浅埋隧道设计与施工常被简化甚至忽略,但其对深埋隧道围岩稳定和施工安全的影响必须予以重视.为此,以西部典型深埋隧道为对象,建立精细的三维地质模型和隧道数值分析模型,采用三维GZZ强度准则对不同埋深隧道的开挖过程进行三维有限元模拟,分析开挖面三维非线性空间效应,揭示开挖过程复杂应力路径及非线性挤出变形的时效演变机制.研究表明:
【机 构】
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同济大学土木工程学院,上海200092;同济大学土木工程学院,上海200092;中国铁建股份有限公司,北京100855;同济大学土木工程学院,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海
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深埋高应力覆存环境下的岩体隧道处于复杂真三维应力状态,围岩力学行为与浅埋隧道存在明显差异,传统的强度理论与分析方法已经不能满足深埋隧道围岩稳定性精细化分析的要求;开挖面三维空间效应问题在浅埋隧道设计与施工常被简化甚至忽略,但其对深埋隧道围岩稳定和施工安全的影响必须予以重视.为此,以西部典型深埋隧道为对象,建立精细的三维地质模型和隧道数值分析模型,采用三维GZZ强度准则对不同埋深隧道的开挖过程进行三维有限元模拟,分析开挖面三维非线性空间效应,揭示开挖过程复杂应力路径及非线性挤出变形的时效演变机制.研究表明:(1)采用现场三维照相、激光扫描和三维重构等数字化采集技术,可快速、自动、准确获取岩体GSI等GZZ准则输入参数,实现了深埋隧道围岩稳定性三维分析;(2)深埋隧道开挖面挤出变形比浅埋隧道更加显著,挤出变形主要为塑性变形,变形量随埋深呈现出抛物线变化,且开挖面进入塑性屈服状态早于洞周围岩;(3)开挖面前后3～4 m范围内具有显著的三维空间效应,3个主应力均发生了巨大变化,且伴随明显的应力主轴旋转,该现象主要由开挖面处急剧增加的切应力导致;(4)开挖面中心岩石应力水平I1远低于洞周围岩,开挖卸载导致的岩体不稳定性比处于加载状态的洞周围岩更加严重;(5)深埋隧道钢拱架扭曲变形和围岩非均匀纵向变形主要与σ3和σ2有关,且超过一定埋深时,σ2的作用显著增加.
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盾构隧道长期渗漏水严重影响着管片外侧水土荷载作用.通过理论分析获得隧顶上覆竖向平均渗透梯度表达式和考虑大主应力拱效应的侧向土压力系数计算公式,进一步构建考虑长期渗漏水效应的隧项水土荷载计算模型,依托横琴隧道下穿马骝洲水道段两个典型断面的地质条件和水土荷载实测结果,对不同计算工况下的理论分析结果和现场实测值进行对比分析.得出以下主要结论:提出模型能够对海相段和陆相段的盾构隧道隧顶水土压力进行合理有效评价,相比Dimitrios Kolymbas有效应力法和Terzaghi总应力法,本文方法误差最小;随着土体
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为了研究循环荷载作用下产生的砂土的动力响应问题,如液化,变形累积、刚度衰减等.基于一种简单的临界状态砂土模型(SIMSAND模型),引入剪应变反转技术,提出可模拟循环荷载效应的本构模型.再通过引入颗粒材料组构各向异性,实现材料在单剪状态下强度弱化等特性.进而通过模拟法国枫丹白露砂的三轴循环试验和单剪循环试验验证了所提的循环模型的有效性和可靠性.然后,针对ABAQUS动力模块进行了此改进本构的二次开发,通过法国国家路桥实验室的模型桩循环荷载试验,建立有限元模型并对比试验结果,研究桩在长期循环荷载作用下动力响
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