代表性研究成果一

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隧道施工影响下城市复杂地层变形破坏机制与预测方法

        城市地下工程施工诱发的各类安全事故和灾害严重威胁城市运行安全,已出现的多起安全事故造成了重大人员伤亡、巨大经济损失和不良社会影响。施工诱发的地层过度变形甚至破坏是造成安全事故和灾害的本质原因。经系统研究,取得成果如下:

(1)创建了复杂城市地层变形破坏分析理论与预测方法。针对我国城市地层特点建立了典型地层力学分析模型,揭示了施工影响下复杂地层的变形破坏机理,得到了浅埋隧道应力及位移函数的级数显式表达式,实现了地层变形演化过程的科学化预测。

(2)提出了基于热力学原理的暗挖隧道施工影响下地层变形的物理机制。创造性地采用Nephroid曲线描述隧道施工影响下塑性区的演化过程,通过室内试验获得了试件尺度的应力-应变曲线,结合工程尺度的地层变形模式,建立了土体受外力剪切过程的能量计算方法,基于热力学系统中能量-功-耗散之间的关系,发展了暗挖穿越工程力学响应的定量分析手段。

(3)建立了城市地下工程典型灾害的致灾理论与安全性控制标准。针对城市地层与环境的工程响应特点,建立了灾变演化模型,揭示了工程灾害与环境灾害的形成机理,提出了地层变形控制标准的确定方法,奠定了城市地下工程安全性控制的理论基础。

(4)建立了复杂地层条件下城市隧道开挖面稳定性解析模型。此模型基于模型试验和数值模拟所揭示的开挖面土体分区破坏特征,建立了三维空间连续速度场,并能同时考虑地层参数变化和三维土拱效应对开挖面稳定性的影响,可对城市隧道开挖面的稳定性作出科学评价。

        本项研究成果在国内外引起强烈反响并得到广泛应用。已获授权国家发明专利15项、发表SCI检索论文26篇、EI检索论文50余篇,出版专著1部。

   

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