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1 绪论1

1.1 选题背景与研究意义1

1.2 水平定向钻进施工地面变形研究现状4

1.2.1 地面变形理论研究4

1.2.2 地面变形数值模拟研究5

1.2.3 地面变形试验研究6

1.3 水平定向钻进孔壁稳定性研究现状7

1.3.1 水平定向钻进最大注浆压力研究7

1.3.2 水平定向钻进最小注浆压力研究13

1.4 研究内容与技术路线14

1.4.1 研究内容14

1.4.2 技术路线16

2 水平定向钻进施工引起土体变形的理论解17

2.1 引言17

2.2 预测水平定向钻进施工中土体变形的新方法18

2.2.1 注浆压力作用下土体位移计算18

2.2.2 自重应力引起的土体位移计算20

2.3 数值模拟与理论方法对比21

2.3.1 有限差分方法（FLAC3D）简介21

2.3.2 数值模拟基本假设21

2.3.3 模型边界条件22

2.3.4 计算参数与模拟工况22

2.3.5 数值模拟和理论计算结果对比23

2.3.6 塑性区发展26

2.4 水平定向钻进施工中土体位移计算新方法的应用29

2.5 本章小结30

3 最大允许注浆压力影响因素数值模拟研究36

3.1 引言36

3.2 数值模拟模型建立37

3.2.1 数值模拟基本假设37

3.2.2 模型边界条件37

3.2.3 计算参数与模拟工况38

3.2.4 数值计算过程38

3.2.5 最大允许注浆压力判定方法38

3.2.6 塑性区发展情况39

3.3 最大允许注浆压力影响因素研究40

3.3.1 土体弹性模量影响因素分析40

3.3.2 土体重度影响因素分析40

3.3.3 土体泊松比影响因素分析42

3.3.4 土体内摩擦角影响因素分析43

3.3.5 土体黏聚力影响因素分析44

3.3.6 孔径影响因素分析47

3.3.7 埋深影响因素分析47

3.4 本章小结49

4 考虑土体软化作用的最大允许注浆压力预测模型50

4.1 引言50

4.2 模型建立51

4.2.1 基本假定51

4.2.2 弹性平衡方程和边界条件52

4.2.3 莫尔—库仑屈服条件54

4.2.4 圆孔受到泥浆压力扩张后的半径55

4.2.5 塑性区内的应力和位移55

4.3 模型应用与对比56

4.3.1 理论模型、数值模拟和试验结果对比分析56

4.3.2 理论模型与数值模拟对比分析57

4.4 本章小结60

5 水平定向钻进现场试验研究61

5.1 引言61

5.2 影响孔壁稳定性的因素62

5.3 试验方案设计63

5.4 试验设备与仪器64

5.4.1 水平定向钻机64

5.4.2 泥浆压力监测系统66

5.4.3 三维激光扫描仪68

5.5 土体参数69

5.6 试验过程70

5.6.1 试验前准备工作70

5.6.2 试验具体过程72

5.6.3 试验后续工作73

5.7 试验结果分析73

5.7.1 试验一结果分析73

5.7.2 试验二结果分析76

5.7.3 试验三结果分析78

5.7.4 试验四结果分析80

5.8 试验结果与理论、数值计算结果对比82

5.8.1 最大允许注浆压力试验结果与理论、数值计算结果对比82

5.8.2 最大地面变形试验结果与理论、数值计算结果对比84

5.9 本章小结85

6 水平定向钻进施工中孔壁稳定性与地面变形评价标准与方法87

6.1 引言87

6.2 孔壁稳定性评价标准与方法88

6.2.1 最大允许注浆压力计算方法和评价标准88

6.2.2 最小注浆压力计算方法和评价标准90

6.3 地面变形计算方法91

6.4 孔壁稳定性与地面变形评价、控制方法和标准92

6.5 应用实例94

6.6 本章小结95

7 结论与展望96

7.1 主要结论96

7.2 主要创新点97

7.3 展望98

参考文献99

致谢110