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盾构隧道在泥炭土层位移分析
摘要:本文利用有限差分软件FLAC3D对泥炭土中的管道运营过程进行数值模拟,分析了在泥炭土层中,排水管道运营过程中对周围土体的影响情况。
关键词:差分,数值分析,位移
中图分类号:[U25]文献标识码:A
1引言
目前有较多的商业程序都可以开展盾构开挖的数值模拟,相当于其他软件而言,FLAC和FLAC3D在分析隧道开挖问题是具有以下几方面的优势:
FLAC3D有比较完备的土体本构模型可够选择,能够针对工程实际分析各种类型的土层或岩层;
FLAC3D程序中设置了管片单元(liner)、壳单元(shell)等结构单元,可以比较方便的将隧道中的衬砌嵌入分析模型中;
本章通过一个比较典型的分析实例——软粘土地层盾构开挖对地层扰动的影响分析——为广大FLAC3D应用者提供一个讨论平台,为解决FLAC3D模拟盾构隧道问题提供了帮助。

2参数选择
泥炭土又称草炭土,在滇池流域内,由于河流分支较多,可以形成相对封闭的水域,气候适宜,有利于水生、湿生植物生长,为泥炭土土层的形成提供了基础。泥炭土是漫长的地质作用过程中的产物,它不同于一般的连续固体介质,具有孔隙比大、含水量丰富、有机质含量高、压缩性高、呈多级团粒结构等特征。

(1)地基承载力低。泥炭土特定的沉积环境,以及其高压缩性,大孔隙比,高含水量等物理力学特性,决定了地基承载力极低,即平均值小于100kPa。
(2)不均匀沉降。泥炭土是在缓慢的流水环境下沉积的,而且在空间上的分布差异性较大,具有明显的分选性,因此在建筑物的地基范围内易出现软弱下卧层,使建筑地基产生差异性的不均匀沉降。
(3)施工困难。由于泥炭土分布地下水位较高,一般在1~,且土层厚度较大,这就给筏基、条基、箱基的排於清淤工作带来了较多的困难,严重的甚至会造成塌方,因此在工程中应予以极大地重视。
后期沉降,指从注浆结束开始,直到下沉停止的那部分下沉,引起这部分沉降的原因,主要是固结变形与蠕变变形,在软粘土地基表现尤为明显。
2,2流固耦合理论
在介绍流固耦合固结理论之前,首先来认识一下什么是排水/不排水分析。排水/不排水分析是分析渗透速度(seepage speed)和加载速度(loading speed)对地层影响。诸如粘土这种透水性差的地基在饱和状态下受荷时,地层中的水不能及时排出去,将和土骨架(soil skeleton)一同受力。与土壤相比,水的体积模量(bulk modulus)较大时,水将承受大部分的载荷,这种状态的分析叫不排水分析。
相反,像砂土地层那样透水性较好的地基,不管加载速度有多快,荷载大部分由土壤骨架承担,这种状态的分析通常被称为排水条件分析或排水分析。
粘土地层的固结分析是与排水/不排水分析密切相关的分析功能。固结分析与非排水相同是分析水在荷载作用下产生的超孔隙水压力随时间变化的过程。这种固结现象实际上就是没有及时排除的承受荷载的水随着时间的推移会逐渐通过边界流出,超孔隙水压力也会随着时间逐渐减小,土壤骨架随之产生变形,土壤骨架上的有效应力也随之发生改变。 FLAC3D可以模拟流体在类似土等多孔介质中的流动。这种流体的模拟可以是独立于一般力学计算而独自循环迭代计算,也