滨海区粉质粘土地层盾构侧穿单桩模型试验研究

发布时间：2017-10-25 04:34

  本文关键词：滨海区粉质粘土地层盾构侧穿单桩模型试验研究

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【摘要】：本文依托天津地铁1号线粉质粘土地层盾构区间段典型工程特点,开展盾构穿桩工程的模型试验、理论分析及数值模拟,分析了软弱围岩地层及既有桩体的力学响应,结论如下：(1)按1：100几何相似比,自主设计了可实现自动顶推与盾尾同步注浆功能的盾构模型试验系统；得到衬砌相似材料与质量配比为石蜡：清洁石英砂(直径1mm)：钢纤维(直径0.2mm,长5mm)=15：90：1；天津地区粉质粘土地层相似材料配比为清洁河沙：200目重晶石粉：凡士林=8：3：1;模型试验验证了注浆控制软弱围岩-桩体系统位移的显著作用,并标定了此粉质粘土地层盾构注浆填充系数范围1.4-1.6。(2)自主设计11组共计33个正交模型试验,工况包括盾构隧道不同埋深(1D、2D、3D),不同支护(毛洞开挖、衬砌注浆支护)及桩隧相对位置(水平向距隧道中轴铅垂面1D、2D、3D、桩底竖直向距隧道中轴水平面0.5D、0D、-0.5D),考察各工况的围岩及桩体位移与应力响应；引入非接触观测PIV技术验证模型试验的地层位移及颗粒运移规律；综合分析有、无桩各工况,确定了盾构穿桩K值变化区间。(3)观测到无注浆、衬砌支护H/D=1-3的毛洞开挖引发典型的渐进性坍塌破坏过程：通过衬砌注浆支护,地层沉降得到有效控制,土压力分布趋于均匀：同步注浆填充系数为1.5时,盾构对拱腰径向压力影响范围为1.5D,1D～2D区域压力降幅为10%以上;桩体绕流现象明显,随桩体埋深增大K值减小；盾构穿桩增大了桩侧围岩压力,可观测到桩体遮拦效应；桩位固定的工况对比中随H/D增大,桩体弯矩增大：桩隧水平距离越大,桩体弯矩与桩顶位移越小；桩底位于隧道起拱线以下时产生负弯矩,极值位于拱腰。根据盾构穿桩相互影响的模型试验结果,可将桩隧系统内围岩划分为5个主要区域进行工况的针对性控制；并通过数值模拟验证了相似模型试验的基本规律、参数及围岩区域划分的合理性。
【关键词】：盾构 粉质粘土 单桩 注浆 模型试验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43;U231.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-22
• 1.2.1 盾构引起周边围岩变形与破坏研究12-18
• 1.2.2 盾构对桩体影响的区域化研究与机理18-22
• 1.3 主要研究内容22
• 1.4 研究路径与方法22-25
• 2 理论依据与工程背景25-43
• 2.1 盾构隧道对围岩与桩体影响的力学模型25-34
• 2.2 工程背景34-41
• 2.3 本章小结41-43
• 3 盾构隧道-围岩-桩体系统模型试验设计43-79
• 3.1 概述43
• 3.2 试验目的43-44
• 3.3 模型试验装置44-49
• 3.3.1 模型试验台架系统44-45
• 3.3.2 模型试验加载系统45-46
• 3.3.3 模型试验监测系统46-49
• 3.4 模型试验相似材料的选取与参数确定49-64
• 3.4.1 试验相似原理与相似比尺确定49-50
• 3.4.2 衬砌相似材料的选择与参数确定50-60
• 3.4.3 桩体相似材料的选择与参数确定60-61
• 3.4.4 岩土体相似材料的选择与参数确定61-64
• 3.5 试验过程64-77
• 3.5.1 概述64-69
• 3.5.2 模型试验正交表69-72
• 3.5.3 试验数据分析与理论依据72
• 3.5.4 盾构过程与PIV示意72-77
• 3.6 本章小结77-79
• 4 试验结果与分析79-111
• 4.1 开挖破坏分析79-84
• 4.2 盾构对有无桩软弱围岩的影响分析84-104
• 4.2.1 地表纵向沉降84-90
• 4.2.2 地表横向沉降90-97
• 4.2.3 软弱围岩压力97-104
• 4.3 盾构对桩体工作性状的影响分析104-110
• 4.3.1 盾构对不同位置桩体弯矩的影响104-106
• 4.3.2 盾构对不同位置桩体桩顶位移的影响106-110
• 4.4 本章小结110-111
• 5 盾构对软弱围岩与桩体影响的数值模拟111-127
• 5.1 工程概述111-112
• 5.2 计算参数与说明112-115
• 5.3 结果分析与对比115-118
• 5.4 盾构施工对桩体的影响118-125
• 5.5 本章小结125-127
• 6 结论与展望127-129
• 6.1 结论127-128
• 6.2 展望128-129
• 参考文献129-135
• 作者简历135-139
• 学位论文数据集139

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