地表沉降随机介质预测模型的改进及其应用研究

论文摘要

随机介质理论作为一种非连续介质方法广泛应用于岩土工程。对于地下开采引起的地面沉降问题,由随机介质理论发展得出的地下开挖概率积分公式是一个复杂的不可积二重积分表达式。本研究对其进行了必要的简化和改进,现有研究得出的简单二重积分基本上应用于相邻的平行双洞圆形隧道。为扩大工程应用范围,提出三圆隧道随机介质理论简化程序的方法。应用该方法,推导出三洞圆形隧道开挖引起的地表沉降、水平位移、表面沉降差、水平应变和沉降剖面的曲率。此外,采用该方法对三洞圆形隧道的计算结果与上海地铁9号线工程的实测数据进行了比较。针对预测隧道开挖引起的地表沉降的问题,隧道断面的收敛模式影响预测结果,目前的大部分方法是基于断面位移均匀收敛的假设,这与实际的隧道收敛情况存在差距。基于随机介质理论,考虑隧道断面底部的不均匀沉降与地层损失的非对称收敛模式,得出概率积分公式的单洞隧道和双洞隧道的积分界限。引入Peck法的地层损失率V1和地面沉降槽宽度系数i,推导得出不均匀沉降的间隙参数G和主要影响角正切值β的表达式。先考虑均匀收敛和椭圆化部分的计算,再考虑整体下沉部分,得出单洞及双洞的地表沉降表达式。提出了在隧道位移不均匀收敛的条件下,求解地表沉降的一种计算方法。在隧道的地表沉降预测问题中,可以将隧道简化为平面变形条件。但是在大范围开挖地表沉降预测问题中,需要考虑模型开挖的时间性与沉降的空间性,计算非常复杂。采用普通方法,计算费时费力。本研究中,结合地理信息系统(GIS)的特点,基于随机介质理论,采用任意形状的3D多变形单元和Knothe时间函数,改善和修正了从前的算法,提高模型的适用性。通过所作研究工作及工程实例对比分析,主要结论如下:1.改进了随机介质理论计算方法,将随机介质预测方法推广到三洞圆形断面隧道开挖引起的地表沉降预测;2.引入非对称收敛模式,推导了椭圆形隧道开挖引起地表沉降的随机介质预测公式,通过实例分析验证了所建立算法的正确性。3.将改进的随机介质预测模型嵌入到地表沉降计算的GIS程序中,并考虑时间效应,进行了二次开发,通过实例验证,表明了预测结果具有较高的可靠性

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状及问题
•     1.2.1 国内外预测开挖引起的地表沉降的方法
•     1.2.2 国内外预测大范围开挖区引起的地表沉降的方法
•     1.2.3 随机介质理论的研究现状
•     1.2.4 存在的问题
•   1.3 国内外预测地表沉降的方法对比
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 随机介质理论在隧道开挖引起的地表沉降中的理论拓展和应用
•   2.1 单洞隧道开挖条件下的地表沉降计算
•     2.1.1 基于随机介质条件的地表沉降计算理论
•     2.1.2 YANG,J.S.等的应用及验证
•     2.1.3 YANG,X.L.等的简化公式应用及验证
•   2.2 单双洞隧道开挖引起的下沉及变形的探讨和简化
•     2.2.1 单洞隧道开挖的下沉值及变形值
•     2.2.2 双洞隧道开挖的下沉值及变形值
•   2.3 三洞隧道开挖引起的下沉值及变形值
•     2.3.1 三洞隧道开挖的下沉值及变形值
•     2.3.2 三洞隧道实例对比
•   2.4 本章小结
• 第三章 采用间隙参数的非对称收敛隧道地表沉降预测模型
•   3.1 隧道开挖断面收敛模式
•     3.1.1 单洞隧道开挖收敛界限
•     3.1.2 双洞隧道开挖收敛界限
•   3.2 隧道简化概率积分公式
•     3.2.1 单洞隧道简化概率积分公式
•     3.2.2 双洞隧道简化概率积分公式
•   3.3 基本参数的确定
•     3.3.1 间隙参数G的确定
•     3.3.2 主要影响角正切值tan β的确定
•   3.4 工程实例分析
•     3.4.1 二重积分预测值与实测值对比
•     3.4.2 二重积分预测值、简化公式预测值与实测值对比
•     3.4.3 双洞隧道简化概率积分公式预测值与MIDAS-GTS对比
•   3.5 本章小结
• 第四章 大范围开挖地表沉降预测的GIS计算模型
•   4.1 大范围开挖引起的下沉值及变形值
•     4.1.1 随机介质的计算模型
•     4.1.2 Knothe时间模型
•   4.2 地理信息系统（GIS）在预测地表沉陷上的应用
•     4.2.1 地表真实信息和GIS数据模型的构建
•     4.2.2 地表沉降的GIS模型示意
•   4.3 大范围开挖地表沉降解析系统结构
•   4.4 GIS模型的主要算法
•   4.5 工程实例分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 结论
•   5.1 本文创新点及结论
•   5.2 本文存在的不足
•   5.3 展望与建议
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李鑫

导师: 刘保国,蔡跃

关键词: 随机介质理论,简化程序,非对称收敛变形,间隙参数,空间模型

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,铁路运输,公路与水路运输

单位: 北京交通大学

分类号: P642.26;U455;U231.3

总页数: 111

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