[发明专利]盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法

权利要求书

1.盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、建立盾构隧道开挖对周围土体影响的数值模型，将数值模拟和Peck经验公式计算得到的地表土体沉降槽进行比较，以及对地表土体的水平位移、隧道侧边土体的竖向位移和水平位移进行分析，得到隧道开挖对周围土体的影响情况；

S2、建立盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模型，对隧道开挖过程中和隧道开挖结束后的群桩竖向位移、群桩水平位移、群桩轴向应力和群桩切应力进行分析，得到隧道开挖过程中和隧道开挖结束后各桩基的位置对竖向位移、水平位移、轴向应力、切应力的影响情况；

S3、通过改变群桩的桩长、桩间距，对隧道开挖过程中的群桩竖向位移、群桩水平位移、群桩轴向应力和群桩切应力进行分析，得到群桩中桩长和桩间距对各桩基在隧道开挖过程中的影响情况；

S4、根据隧道开挖对周围土体的影响情况，隧道开挖过程中和隧道开挖结束后各桩基的位置对竖向位移、水平位移、轴向应力、切应力的影响情况，以及群桩中桩长和桩间距对各桩基在隧道开挖过程中的影响情况，对实际盾构隧道开挖工程中的邻近群桩基础进行保护。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，其特征在于：步骤S1中，所述建立盾构隧道开挖对周围土体影响的数值模型，具体包括：

S11、根据盾构隧道施工段的地质分层，选取各土层的材料参数；

S12、通过FLAC3D软件中的fix命令约束模型的边界条件；

S13、通过FLAC3D软件中set grav命令对地层赋值重力，并设置土体模型内部的自重应力，使地层达到初始应力平衡；

S14、采用FLAC3D有限差分法，取Y轴正方向为盾构隧道开挖的前进方向，地表的外法线方向为Z轴正方向，水平面右方向为X轴正方向，对隧道进行模拟，建立土体模型；

S15、根据各土层的材料参数、模型的边界条件和自重应力，通过FLAC3D软件中的solve命令，使土体模型的初始应力状态达到平衡；

S16、对盾构隧道开挖进行模拟，得到盾构隧道开挖对周围土体影响的数值模型。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，其特征在于：步骤S16中，所述对盾构隧道开挖进行模拟，具体包括：

a、利用FLAC3D软件中的shell单元模拟支护单元，对盾构开挖进行超前支护；

b、利用FLAC3D软件中的null单元对隧道进行逐步模拟开挖，设y＝0为开挖面，每步向前开挖2m，即两个衬砌单元长度；

c、在开挖完一步后，进行下一步开挖前，同样进行超前支护；此时，拆除上一步的超前支护，同时浇上混凝土衬砌和注浆层；

d、重复步骤a～c，直至盾构隧道开挖完成。

4.根据权利要求3所述的盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，其特征在于：所述各土层的材料参数包括厚度h、体积模量K、剪切模量G、内摩擦角和粘聚力C，所述超前支护、混凝土衬砌和注浆层的材料包括厚度h、体积模量K、剪切模量G和重度γ；所述体积模量K和剪切模量G通过下式进行转化：

其中，E表示弹性模量，v表示泊松比。

5.根据权利要求2所述的盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，其特征在于：所述土体模型中，土体采用brick单元来模拟，隧道采用cylinder单元来模拟，衬砌和注浆层采用shell单元来模拟，隧道周边的土体采用radcylinder单元来模拟。