盾构隧道开挖引起的地表变形分析.pptx

一、立论依据一、立论依据 项目的研究意义项目的研究意义 当今，随着经济及基本建设的飞速发展，城市规模的不断膨胀导致人类生存的空间越来越小，尤其是因日益紧张的交通压力引发的各种社会及经济问题越来越多，越来越突出，这就迫切要求城市向地下空间拓展。国内盾构法直径最大的翔殷路隧道 在复杂混合式地层掘进的盾构机盾构法已经成为隧道开挖的主要方法 盾构法隧道的施工不可避免地引起地层的扰动，引起周围土体应力和应变状态的改变，从而引起地层变形和地面沉降。当盾构法隧道施工引起的地层变形超过一定范围时，就会严重危及临近建筑物、道路和地下管网的安全。所以在设计施工阶段，非常有必要预测隧道施工引起的地层变形，保护现有结构物和地下管线，使之免受隧道施工的影响，这就需要深入研究盾构法隧道施工对土体的扰动机理以及产生的地层变形，从而采取相应的措施减小变形，降低对周围环境的影响，得到良好的综合效益。研究隧道施工引起的土体变形主要有经验法、解析法和有限元法三种方法。经验法 研究隧道施工变形的经典预测理论与方法是美国Peck教授于1969年提出的经验公式：国内外研究现状分析国内外研究现状分析 自此以后的众多专家、学者所从事的研究工作都是遵循这一认识规律，包括对地层的二维和三维变形预测分析研究工作，如Wataru、Osamu、Mair等。在国内，同济大学在大量工程现场检测数据的基础上，考虑到土体扰动后固结沉降的变化规律，对计算横向沉降的变形公式进行了修正，通过设定时间因子可以计算出施工完成一定时间后的地表沉降。解析法解析法 对于实际工程中的各种复杂情况，经验公式缺乏理论基础，并且具有一定的局限性，如对不同的地层条件，不同的施工方法缺乏适用性，并且对于水平位移和竖直位移只能提供有限的信息。用解析法就比用经验法更能获得需要的信息，这些方法主要包括Sagaseta（1987)、Verruijt和Booker(1996)、Loganathan和Poulos(1998)、Bobet(2001)给出的解析方法。有限元法有限元法 有限元法可以克服经验方法的许多限制条件，因此，有限元法在盾构法隧道施工变形的计算分析中被广泛应用，对隧道开挖进行二维和三维有限元模拟。从大量的有限元数值解的研究进展来看，尽管在有限元方面取得了很大的进展，但三维隧道施工分析仍面临很多弱点，如土体本构模型方面的缺陷以及土体参数选择的任意性，而且预测方法难于在足够多的工程中应用。同时三维有限元分析是非常复杂的，而且耗时多，不易得到成果，更不利于工程实际应用。研究目标：得到隧道开挖的横向地表变形曲线。研究内容：利用ANSYS对隧道的开挖过程进行二维有限元模拟，主要是采用应力释放法模拟隧道的动态开挖；用明德林解计算纵向摩擦力引起的地表变形，用于弥补盾构开挖二维有限元模拟的不足，用MATLAB语言编程进行计算。拟解决的关键问题：有限元模型的建立和明德林解模型的建立。二、研究内容二、研究内容研究目标、内容和拟解决的关键问题研究目标、内容和拟解决的关键问题 研究方法和技术路线：收集国内外相关资料，详细了解盾构施工过程，根据实际工程建立有限元模型，用逐步的应力释放法来模拟隧道的开挖过程，而后ANSYS编程进行计算。将计算结果和经验公式进行对比分析后得出结论。拟采取的研究方法、技术路线、可行拟采取的研究方法、技术路线、可行性分析性分析 可行性分析：有限元法具有实用性强且非均质、非线性、复杂边界问题方面等突出优点，有限元法已被广泛应用于地基基础工程、地下工程和基坑工程等各类土工构筑物的性状分析。由于盾构法开挖隧道所引起的土层变形为小变形问题，所以可以用有限元法进行模拟，得到的结果是可靠的。ANSYS软件可以计算非线性材料的问题，用它来进行分析是可行的。本项目的特色与创新之处本项目的特色与创新之处 运用ANSYS对盾构隧道开挖过程进行有限元分析的同时，采用弹性力学中的明德林解对盾壳与土体的摩擦力引起的地表变形进行分析计算，使计算结果更加符合工程实际，从而更好地预测开挖引起的地表变形，为工程的设计提供更为可靠的信息。2006.12 2007.3，收集资料，确定模拟路线。2007.32007.9，进入课题具体实施阶段，建模、编程并调试、计算出结果并与实际工程对比分析。2007.92007.12，整理数据和研究过程，撰写课题总结报告并发表论文。预期的研究进展预期的研究进展 本人在硕士阶段学习了岩土工程的专业知识，具有一定的理论基础，并且曾应用过有限元软件ANSYS，对该软件比较熟悉，会使用。同时现工作于岩土教研室，与同事和资深教师交流方便，利于获得相关的指导和帮助。软硬件设施齐备。二、研究基础二、研究基础现有的研究工作基础、条件及手段现有的研究工作基础、条件及手段 撰写课题总结报告，并在省级或省级以上刊物发表论文一篇。预期的研究成果形式预期的研究成果形式 讲述完毕！讲述完毕！谢谢！谢谢！