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盾构隧道开挖面被动失稳的不排水效应分析

王海峰 康博 李鹏飞 刘增辉 狄启光 陈柯屹

王海峰, 康博, 李鹏飞, 刘增辉, 狄启光, 陈柯屹. 盾构隧道开挖面被动失稳的不排水效应分析[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(5): 524-531. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.003
引用本文: 王海峰, 康博, 李鹏飞, 刘增辉, 狄启光, 陈柯屹. 盾构隧道开挖面被动失稳的不排水效应分析[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(5): 524-531. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.003
Wang Haifeng, Kang Bo, Li Pengfei, Liu Zenghui, Di Qiguang, Chen Keyi. Short-term Undrained Analysis of Passive Instability of Shield Tunnel Excavation Face[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(5): 524-531. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.003
Citation: Wang Haifeng, Kang Bo, Li Pengfei, Liu Zenghui, Di Qiguang, Chen Keyi. Short-term Undrained Analysis of Passive Instability of Shield Tunnel Excavation Face[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(5): 524-531. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.003

盾构隧道开挖面被动失稳的不排水效应分析

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.05.003
基金项目: 国家自然科学基金(51978019);北京市自然科学基金(8222004)
详细信息
    作者简介:

    王海峰,男,1971年生,汉族,山西吕梁人,硕士,教授级高级工程师,主要研究盾构隧道施工。E-mail:1920626582@qq.com

    通讯作者:

    李鹏飞,男,1983年生,汉族,河南开封人,博士,教授,主要从事隧道及地下工程方面研究。E-mail:lpf@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: U 45

Short-term Undrained Analysis of Passive Instability of Shield Tunnel Excavation Face

  • 摘要: 当前对富水黏土地层中的盾构隧道开挖面被动失稳破坏模式的研究较少。为此,提出不排水效应下的盾构开挖面被动失稳破坏理论模型,分别对均质土和成层土工况下的极限支护力函数未知量进行分析,将结果拟合后给出了快速估算极限支护力的理论计算公式。通过对比数值计算结果与理论解析结果,进一步探讨了模型的适用性。结果表明:在浅埋情况下(C/D≤1.0),拱顶上部破坏区的边界近似竖直,与提出的破坏模式设想较为相符,随着埋深比的增大,破坏区对地表的影响也越来越小。

     

  • 图  1  不排水条件下的开挖面稳定性分析模型

    图  2  两个块体的椭圆柱体破坏模式

    图  3  速度矢量图

    图  4  均质土不排水条件下开挖面稳定性分析模型

    图  5  Nc随埋深比C/D的变化规律

    图  6  不同$(c_{\rm{u}}^{\min }/c_{\rm{u}}^0)$情况下Nc${\displaystyle \sum _{j=1}^{n}({c}_{\rm{u}}^{j}{z}_{j}/{c}_{\rm{u}}^{0}D)}$关系

    图  7  不同${\displaystyle \sum _{j=1}^{n}({c}_{\rm{u}}^{j}{z}_{j}/{c}_{\rm{u}}^{0}D)}$情况下Nc$(c_{\rm{u}}^{\min }/c_{\rm{u}}^0)$的关系

    图  8  不同$\gamma D/{c_{\rm{u}}}$情况下荷载参数$({\sigma _{\rm{T}}} - {\sigma _{\rm{s}}})/{c_{\rm{u}}}$与埋深比C/D的关系

    图  9  不同C/D情况下荷载参数$({\sigma _{\rm{T}}} - {\sigma _{\rm{s}}})/{c_{\rm{u}}}$与重度参数$\gamma D/{c_{\rm{u}}}$的关系

    图  10  成层土情况下的破坏区位移云图

    表  1  不排水条件数值模拟的物理力学参数

    工况土层饱和重度γ/(kN·m−3)不排水抗剪强度cu/kPa
    1覆土层γ1=18$c_{\rm{u} }^1$=20
    穿越层γ0=18$c_{\rm{u} }^2$=20
    2覆土层γ1=19$c_{\rm{u} }^0$=15
    穿越层γ0=18$c_{\rm{u} }^1$=20
    3覆土层γ1=19$c_{\rm{u} }^2$=25
    穿越层γ0=18$c_{\rm{u} }^0$=20
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    表  2  不同埋深比情况下解析解与数值解的对比

    C/DFLAC3D/kPa本文解析解/kPa
    0.5225233.9
    1316.3324.6
    1.5395413.8
    2469501.7
    2.5539588.6
    3610674.9
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    表  3  成层土解析解与数值解对比

    工况本节解析解/kPaFLAC3D数值解/kPa结果偏差/%
    工况2311.29302.342.96
    工况3351.46339.283.59
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-02
  • 修回日期:  2023-03-24
  • 录用日期:  2023-07-14
  • 网络出版日期:  2023-10-16
  • 刊出日期:  2023-10-16

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