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隧道的开挖将不可避免地扰动地下岩土体,引起地表沉降和变形,土体变形到一定的程度,将影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用,因此提出较为可靠的由隧道开挖引起的地层位移的预计方法就显得十分必要。预测盾构隧道引起地层位移的预测方法大致可以概括为经验公式法、解析方法、数值分析方法。在已有研究成果的基础上,本文的主要研究工作可归纳为:
首先为了避免传统的隧道开挖数值模拟技术(FCM)复杂建模过程,本文提出一种基于地层损失比的位移控制有限单元法(DCM),即在隧道断面施加位移来模拟开挖,这种方法虽然不能模拟隧道各个施工环节,但意义明确且能够模拟任意给定的地层损失比。通过建立二维有限元模型计算地层位移,同时分析了初始应力、泊松比、地层损失比以及土体弹性模量对地层位移的影响规律。
然后本文在Park方法的基础上,利用位移边界条件反推初始应力的方法,修正了非均匀径向位移模式下隧道开挖引起的土体位移的解析解。并研究了不同地层损失比、埋深以及弹性模量对两种方法的影响。
最后本文通过5个工程实例以及1组离心机试验的对比,分析了隧道开挖引起的地表沉降槽、地下沉降和水平位移,结果表明DCM法和修正Park法可以比较准确地预测隧道开挖引起的地层位移。