饱和圆砾地层盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验

通过开展3组饱和圆砾地层盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验,研究了不同埋深条件下开挖面支护压力不足导致的渐进失稳破坏过程。通过分析大颗粒土滑移松动—裂隙出现—裂隙闭合过程表明,开挖面破坏过程中土体存在变形滞后效应,且该效应随隧道埋深变浅而减弱。对开挖面变形进行PIV精细化图像分析,得到其破坏模式类似于楔形体加筒仓体结构,楔形体倾角约为45°+φ/2。筒仓区土体松动由于存在滞后效应,可能导致开挖面破坏表现出突发现象。为准确预测极限支护压力,将传统楔形体模型改进为宽体楔形体模型,预测结果与试验结果符合较好。     

基于盾构隧道开挖面失稳模式的楔形体模型及支护力研究

盾构隧道开挖面支护力的大小是影响开挖面稳定性的重要因素,而盾构隧道开挖面失稳模式则是确定支护力大小的基础。文中从模型实验法和数值模拟方法论述了盾构隧道开挖面的失稳模式及破坏形态,在此基础上总结了隧道开挖面的支护力计算模型及计算方法,经历了三角形楔形体模型、梯形楔形体模型、半圆台+半圆柱楔形体模型和倒棱台楔形体模型的发展阶段,并归纳了支护力修正计算方法,可为盾构隧道开挖面的失稳模式研究及支护力计算提供借鉴和启发作用。     

砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究

盾构法隧道施工过程中,土体密实度对开挖面极限支护力值与稳定性影响是一个非常重要的因素。基于Kirsch室内模型试验,采用颗粒流计算分析了隧道掘进过程中土体密实度对开挖面极限支护力、残余支护力以及开挖面前方土体孔隙比变化的影响,从细观角度解释了砂土中盾构隧道开挖面失稳机理,分析了砂土中盾构隧道掘进时土体破坏形态与分布范围;进而提出了计算开挖面极限支护力的改进楔形体分析模型。研究成果可为盾构隧道施工中分析开挖面的稳定提供参考。     

砂土地层盾构隧道开挖面被动破坏极限支护力研究

 盾构掘进时推力过大极易造成地表隆起,导致开挖面前方土体被动破坏。基于莫尔–库仑屈服准则,采用大型有限元软件ABAQUS对砂土中盾构隧道开挖面的被动破坏进行模拟,得到开挖面的被动破坏支护力并揭示开挖面的被动破坏模式。进而,将传统的三维楔形体极限平衡模型中的棱柱体修正为具有一定倾角的倒棱台,使其破坏区域更为接近真实的土体隆起区域。推导开挖面被动极限支护力关于楔形体倾角的表达式,并通过试算,找出最小的支护力值即为被动破坏支护力。采用修正后的极限平衡模型得到的被动支护力与数值计算结果吻合良好,并且都较好的落在E. Leca等计算的上下限范围内。该模型为盾构隧道施工中确定支护力的上限值提供参考。     

干砂地层中盾构开挖面失稳模式及土拱效应试验研究

盾构开挖面的稳定直接关系到盾构施工的安全,而国内外关于开挖面失稳模式的大型模型试验研究却很少。利用直径1m的盾构模型,对干砂地层中盾构开挖面稳定性问题进行了研究。通过对开挖面前方土体应力状态变化的监测,从土体应力变化的角度,揭示了随着土拱的形成、发挥和发展过程,开挖面经历了局部失稳和整体失稳这样一个渐进破坏的模式。将试验结果和楔体模型计算结果进行对比,对计算模型参数的选取提出了建议。     

浅覆土超大直径泥水盾构隧道开挖面稳定性研究

为研究盾构隧道采用不同支护介质时开挖面稳定性与支护力的关系,探索开挖面失稳破坏发展规律,采用ANSYS对盾构隧道三维数值模型进行了优化,并用FLAC3D分别对泥浆支护和气体支护两种工况不同支护力下开挖面的稳定性进行了数值模拟,分析了开挖面土体的应力、应变、位移速度等模拟结果。主要结论如下:随支护力减小开挖面首先产生局部破坏,采用泥浆支护时局部破坏出现在开挖面中部,而采用气体支护时则在底部区域,两种工况下开挖面整体破坏均与三维楔形体破坏模型近似;开挖面土体应力(SXX,SYY和SZZ)与支护力大小存在正相关性,其中SYY分布规律与支护力保持一致;随支护力的减小,开挖面水平最大位移与地表最大沉降量增大速度均先慢后快,地表最大沉降点在开挖面前方0. 5倍洞径处,且横向沉降槽宽度大于纵向沉降槽;土体位移速度和剪切应变增量与开挖面稳定性存在较强关联性,二者在开挖面产生整体破坏时均呈现规律性变化。     

盾构穿越施工开挖面稳定性分析

采用ABAQUS软件,对新建盾构隧道近距离下穿既有隧道时,由于开挖面支护压力设置过小引起开挖面失稳,导致既有隧道周围土体结构变化,进行了建模分析,揭示了其破坏模式;运用理论解析的方法,将传统的楔形体模型中的棱柱体优化成具有不同张开角度的倒棱台,使其更接近实际情况,并对新建盾构隧道穿越既有隧道时开挖面的临界支护力进行了计算。该研究成果可为新建盾构隧道近距离下穿既有隧道施工中开挖面支护力的有效取值提供参考。     

复合地层中隧道开挖面支护压力对地层变形的影响

建筑物密集区域对变形控制相当严格,隧道开挖面合理支护压力往往不由极限支护压力确定,而是由地层变形控制标准来确定,因此有必要探讨开挖面支护压力与地层变形之间的内在关系。针对广州地区典型的上软下硬复合地层条件,考虑盾构的实际掘进过程,研究了欠压状态下开挖面前方土体的位移模式,并分析了不同条件下开挖面支护压力与地层变形之间的内在关系。结果表明,当土体性质不同时,欠压状态下开挖面前方土体表现出不同的位移模式;不同埋深情况下开挖面极限支护压力比基本相同;土体内摩擦角及黏聚力对开挖面所需的合理支护压力大小的影响显著。     

波动推力引起的超孔压对开挖面稳定性的影响分析

盾构施工过程中地质条件变化、刀盘旋转切割土体、停盾拼装管片等因素会造成开挖面推力的波动,从而在开挖面前方产生超孔压,此超孔压对开挖面稳定性的影响需进行分析。首先通过建立分层土分析模型,结合太沙基固结理论,得到开挖面前方超孔压的计算方法;进而采用楔形体模型,给出超孔压对开挖面稳定性影响的计算方法。计算结果显示超孔压将显著降低开挖面的安全系数,因此在开挖面最小支护力的计算中需考虑推力波动变化的影响。最后通过参数分析给出了不同工况下产生的超孔压及其对开挖面安全系数影响的大小,为盾构施工参数的制定提供了参考。     

超大直径泥水盾构在砂土中的开挖面稳定性分析

超大直径泥水盾构近年来在国内外得到越来越多的应用,其开挖面的稳定性受到高度关注,而泥水支护压力控制则是保证开挖面稳定的关键。对超大直径盾构在砂土地层中的开挖面稳定性进行三维数值分析,重点研究在不同摩擦角下开挖面的失稳模式和极限支护压力,揭示了由泥水容重导致的支护压力不均匀分布对于预测结果的重要性。同时,还将三维数值模拟结果与基于极限平衡理论的楔形体模型进行对比,指出楔形体模型对于分析超大直径盾构开挖面稳定性的局限性。本项研究可为超大直径盾构在砂土中掘进时合理确定泥水支护压力和保持开挖面稳定提供参考。     

迎坡条件下盾构隧道开挖面极限支护力计算与分析

开挖面的稳定性是盾构隧道施工技术的关键。针对目前考虑坡度因素的盾构隧道开挖面极限支护力计算尚未见到报道的现状,基于筒仓理论,采用极限平衡分析法,引入线路坡度角,建立了迎坡施工条件下,盾构隧道开挖面极限支护力的计算模型,推导了相应的计算公式,并进行了实例分析,结果表明:该方法具有很好的可靠性,可用于同类工程的设计与施工。在此基础上,进一步计算得到了不同坡度时的盾构隧道开挖面极限支护力的大小,探讨了线路坡度对开挖面极限支护力大小的影响,主要得出了以下结论:开挖面极限支护力随线路坡度增大而呈线性显著增大;而开挖面前方土体破裂角随线路坡度增大反而线性减小,且两者之和可视为一常数。可见,线路坡度的存在对开挖面支护力的影响较大,不能简单地等同为平坡条件,设计、施工过程中应予以充分考虑。     

不同直径及埋深下盾构隧道开挖面失稳模式研究

通过应用Abaqus软件建模,分析了9种不同隧道直径、埋深对开挖面失稳模式的影响。对比分析发现,在开挖面失稳状态下,地表沉降为先增后减的沉降槽,开挖面前方的土体以水平位移为主,且随着远离开挖面而逐渐减小。隧道埋深的增加或者隧道直径的增加均会使地表沉降的范围和最值增大,使开挖面前方土体水平位移最值增大。分析结果可为类似工程提供参考。     

砂性土中顶管开挖面最小支护压力的计算

由于圆形顶管掘进机的长高比为1,开挖面破坏时会形成卸荷拱,滑动块是一个形状复杂的截柱体,并非楔形体模型假定的三角形楔体.假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体,滑动块上部为一梯形棱柱.采用太沙基松动土压力理论,根据滑动块的整体受力平衡,推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式.算例分析表明,该方法的计算结果要小于楔形体模型的计算结果,更接近离心模型试验结果.     

盾构隧道开挖面稳定性数值模拟研究综述

土压平衡盾构维持开挖面稳定的关键是土舱内的压力和地层水土压力平衡。为获得便于工程应用的计算极限支护力的方法,针对极限支护力的影响因素及确定进行总结。通过总结国内外学者关于开挖面稳定性分析的成果,从本构模型选择、土体失稳模式、渗流作用及极限支护力的确定展开研究。研究得出本构模型对开挖面失稳区域有影响;通过对前人研究的结果分析,证实了数值模拟方法进行隧道开挖面稳定性分析的可行性,目前数值模拟方法多用于定性的评价,需从本构模型、参数选择等维度进一步提高数值模拟结果精度。分析结果为完善开挖面稳性数值模拟提供了有益方向。     

透明黏土盾构隧道开挖面失稳扩展过程和失稳特征研究

基于透明黏土盾构隧道开挖面失稳模型试验,探究开挖面失稳扩展过程和失稳特征。在验证透明黏土可用于盾构隧道开挖面失稳破坏试验研究的基础上,从土体运动的角度分析不同埋深比条件下开挖面失稳演化过程,研究失稳分阶段、分区和形态特征以及地表沉降变化规律。基于土体运动的变化,提出盾构开挖面失稳过程实质是开挖面正前方松动土体带动上方土体向隧道内部同步运动,伴随着周围土体受扰动产生运动,并不断扩展变化,最终土体快速滑移发生整体失稳。开挖面失稳呈现明显的分区特征,影响区域包括整体滑移形成的失稳区和产生明显位移形成的扰动区,并提出失稳区的确定标准。开挖面失稳滑移时,纵截面处失稳区土体向隧道内部“流动”,横截面处失稳区呈椭圆状形态。利用对数螺旋线模型和Torus模型对黏土体失稳形态进行描述时,模型底部拟合很好,上部的偏差均较大。开挖面整体失稳前的横截面地表沉降符合高斯沉降曲线,整体失稳后与高斯沉降曲线偏差较大。     

软土基坑离心模型试验及数值模拟研究

针对2组具有不同支护形式的软弱基坑进行离心模型试验,测试基坑开挖卸荷过程中支护结构内力和变形,以及坑周土变形,并进行相应的数值计算。试验结果表明：水平支撑对基坑的稳定性影响较大,未加水平支撑的基坑易发生由于支护结构与坑侧土体变形过大所导致的失稳;加水平支撑后基坑的稳定性提高,但要注意由于坑底土体隆起变形所导致的支护结构底端移动和坑顶支撑松弛,进而造成整个支护结构失稳。通过对基坑周边土体在开挖过程中形成的不同应力路径和蠕变参数分析,采用ABAQUS中的扩展D-P模型,对试验模型的原型基坑进行数值计算,计算结果和离心模型试验吻合较好,且可反映基坑周边土体的蠕变效应。     

渗流作用下粉砂地层中盾构隧道#br# 开挖面失稳模式离心试验研究

为研究渗流情况下开挖面支护力变化规律及失稳破坏模式,开发一整套离心模型渗流试验装置。通过开展不同内摩擦角干土和不同水头压力饱和土的试验,研究了不同土质开挖面支护力变化规律和前方土体渐进破坏机理,分析了同一种土渗流力对开挖面支护力及失稳响应机制的影响。结果显示,随着开挖面后撤位移S的增大,开挖面支护力P分为迅速下降(S ＜ 1.5D %)、到达极限支护力Plim后缓慢回弹(1.5D %≤ S ≤ 3D %)、逐渐趋于稳定值(3D % ＜ S) 3个阶段;开挖面支护力随着内摩擦角的增大而较小,随着水头压力的增大呈线性增大;土体失稳模式与土体内摩擦角有关,是一个由局部破坏到整体破坏的渐进过程,不同内摩擦角土体在土拱迭代过程中响应时间不同,渗流力加剧了土拱迭代速度和破坏力度,验证了渗流力具有各向异性。     

地下水引起的基坑破坏分析

地下水对基坑开挖支护有着重要影响,由于未探明的上层滞水和管道渗漏等支护设计未充分考虑到的水体是引起基坑坍塌的主要因素。地下水改变了土体以及支护结构的应力状况以及受力情况,并弱化了土体自身的物理力学性质和支护结构的支护强度,探讨了由于地下水引起的基坑失稳坍塌的内在机理。建立了浸水湿化的土体孔隙微结构失稳突变模型。     

土压平衡盾构开挖面支护压力计算方法分析

根据文献资料收集与整理,总结了国内外常用支护压力计算方法:经验公式法、朗肯土压力理论、梯形楔形体模型、詹森理论公式以及弧形滑动面模型法。通过分别对模型假设及适用条件进行分析,并将各类方法应用于新加坡某地铁隧道断面土压力的计算中,计算结果表明,经验公式法与朗肯土压力法偏于保守,而梯形楔形体模型、詹森理论公式以及弧形滑动面模型法具有较好的准确性,可为类似工程条件开挖面支护压力的计算提供参考。     

盾构隧道开挖面极限支护压力三维极限平衡解

通过优化楔形滑块倾角并考虑滑块侧面土体抗剪强度的影响,对现有三维梯形楔形体模型进行改进,建立了一种盾构隧道开挖面极限支护压力的三维极限平衡计算模型.推导了极限支护压力的计算公式,并通过优化分析得到了其最优解.通过优化得到的滑块倾角随隧道埋深增加略有减小,随土体内摩擦角Ψ增大而增大,且高于通过(r)/4+Ψ/2得到的值....