黏土不排水条件下浅埋隧道稳定性上限有限元分析

黏土地层不排水条件下浅埋隧道稳定性分析和地层破坏模式的研究对于设计、施工以及理论进展具有重要意义.基于现有极限分析上限有限元理论,采用三角形常应变率单元离散计算区域,且在所有单元之间均设置速度间断线,并将莫尔-库仑屈服准则利用外接多边形进行线性化处理,以形成线性规划模型.利用Matlab编制上限有限元计算程序.通过对黏性土地层不排水条件下浅埋隧道稳定性模型进行网格单元划分,采用上限有限元得到较优的隧道稳定性系数计算值,并与已有文献进行对比分析,验证计算结果的可靠性.同时,分析塑性流动破坏发生时,黏土地层不排水条件下浅埋隧道破坏模式的具体形态特征.对隧道稳定性系数的影响因素进行讨论,并分析参数取值不同时,地层破坏模式形态的演变规律.     

软土隧道支护压力与稳定性下限有限元分析

隧道开挖面的支护压力计算和稳定性分析至今尚未有比较成熟和简便的计算方法,本文基于岩土塑性极限分析理论,在分析下限有限元方法中引入非线性Power-Law屈服准则,通过对屈服准则的线性化处理,得到平面应变条件下软土隧道开挖面支护压力计算的下限有限元线性规划模型,编制了相应的Matlab有限元计算程序。计算表明:与极限平衡理论和极限分析上限有限元得到的结果比较,可以说明引入非线性Power-Law屈服准则的塑性极限分析下限有限元对隧道开挖面支护压力的计算和稳定性的分析是适用的。同时,总结了隧道埋深系数、土体重度系数等对隧道开挖面支护压力与稳定性的影响。     

基于Hoek-Brown强度准则的浅埋隧道掌子面稳定性分析

为了研究浅埋掌子面被动模式下的稳定性,构建浅埋隧道的二维被动破坏模式,被动破坏模式由有限个刚性平动多块体组成.将孔隙水压力视为外力进行做功,基于极限分析理论利用Hoek-Brown强度准则研究浅埋隧道掌子面被动破坏模式下的稳定性.通过虚功率原理推导得到浅埋隧道被动破坏模式下的极限支护力的目标函数,采用非线性规划求解函数...     

考虑隧底隆起斜坡段浅埋隧道稳定性上限分析

采用极限分析上限法,基于内外能耗守恒原理,通过构建考虑隧底隆起的斜坡地段浅埋隧道破坏模式,推导出围岩压力的计算式,并通过典型算例重点分析了典型因素对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:基于泰沙基极限平衡法进行隧道围岩支护设计较为保守,不考虑隧底隆起的极限分析方法次之考虑隧底隆起极限分析方法的风险最大;斜坡地表倾角增大对浅埋隧道稳定性有着不可忽视的不利影响;围岩压力随岩土侧压力系数减小、埋深增大、断面尺寸加大而增大;岩土黏聚力增大、内摩擦角增大对提高浅埋隧道围岩稳定性有积极作用。     

非线性破坏准则下浅埋隧道掌子面三维被动稳定性能耗分析改进方法

 通过引入圆锥椭圆截交线计算公式,改进浅埋隧道掌子面三维被动破坏多椭圆锥体几何参数的计算方法。基于非线性破坏准则和极限分析上限法,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用非线性规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解。通过对比分析,验证本文方法的可靠性;同时分析非线性抗剪强度参数对被动破坏极限支护力和破坏模式的影响,并绘制相应的破坏模式图。研究表明：被动破坏极限支护力与地面超载?s及地层容重?大致呈线性变化,而与非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t及超负荷比C/D呈非线性变化;非线性参数m、量纲一化的参数c0/?t和超负荷比C/D对破坏模式影响显著,而地面超载?s对破坏模式影响则较小。研究成果为隧道掌子面稳定性分析提供一种新思路,进一步完善了隧道掌子面稳定性评价体系。     

浅埋偏压隧道围岩压力上限法解析解

结合室内模型试验结果和相关联流动法则,构建了浅埋偏压隧道破坏模式以及与之相对应的速度场,根据虚功率原理推导得到了浅埋偏压隧道围岩压力的极限上限解,并进行实例验证和适用性分析。结果表明:推导得到的浅埋偏压隧道围岩压力极限上限法计算结果与既有"规范法"计算结果及试验结果较为接近,说明该方法是可行的;从深、浅埋侧荷载差值而言,当前的"规范法"低估了浅埋偏压隧道围岩压力的偏压特性,是欠安全的;当埋深h12D,或h1≥2D且偏压角度α45°时,采用上限法、或上限法与"规范法"两者的平均值更为合理;当埋深h1≥2D且偏压角度α≥45°时,采用"规范法"更为合适。     

浅覆盾构隧道开挖面挤出刚性锥体破坏模式极限分析

浅覆隧道盾构施工过程中可能引起开挖面挤出破坏。为研究开挖面破坏规律,借助已有刚性锥体破坏模式,推导隧道开挖面三维临界挤出压力表达式,建立极限分析上限法非线性规划模型并编程求解。利用该程序,研究了隧道埋深、地层参数等因素与开挖面临界挤出压力曲线关系及破坏模式的演化特征。结果表明,隧道埋深和土体内摩擦角对开挖面临界挤出压力及挤出破坏模式影响较大。发生挤出破坏时,开挖面附近和上方地表范围为主要破坏区域。最后,利用上限法和有限差分法对长沙地铁2号线长沙大道—体育公园站区间隧道某浅埋段进行开挖面稳定性分析,上限法与有限差分法所得结果相互印证,但上限法计算更为简便。     

软土盾构隧道开挖面支护压力极限上限解

考虑到天然软黏土非均质性和各向异性特点,采用极限分析上限法在不排水条件下对盾构隧道开挖面稳定进行了研究,推导了极限支护压力的计算公式.土体非均质性和各向异性对极限支护压力的影响有相互放大作用,在当土体非均质性和各向异性较强时,极限支护压力与隧道埋深的关系存在一个极大值.分析结果表明,在分析软土盾构隧道开挖面稳定性时,土...     

明挖隧道施工对临近铁塔的影响分析

结合某浅埋明挖法电缆隧道工程实例,利用MIDAS/GTS有限元程序,针对浅埋明挖法隧道施工对临近输电铁塔的影响进行有限元分析。结果表明:隧道开挖后铁塔基础变形允许值及最大倾斜率均满足规范要求,风险可控。通过有限元强度折减法计算可知边坡在极限状态时破坏模式为沿表层强风化岩体的剪切破坏,建议对边坡进行锚喷支护处理。     

浅埋隧道稳定性的粘弹塑性有限元分析

本文对浅埋隧道的稳定性进行了粘弹塑性有限元分析,编制了计算程序,程序考虑了围岩的不均匀性及喷锚的加固效应。本文还结合实际工程对浅埋隧道的稳定性进行分析并探讨了埋深对围岩位移的影响。     

基于Drucker-Prager准则的高阶单元自适应上限有限元研究

引入Drucker-Prager屈服准则,建立了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元方法,并编制了计算程序。采用单元内部耗散能为控制指标的自适应加密策略,以一分为二的方式对能量耗散率较大的单元进行剖分加密,形成多次往复计算完成上限有限元的自适应加密过程。通过隧道稳定性及条形基础地基承载力算例,分析了系列Drucker-Prager屈服准则对极限荷载上限解的影响,揭示该屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则的差异所在,以及对上限解和破坏模式的影响,并进一步验证了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元法具有计算精度和求解效率高以及可搜索获取精细化破坏模式的特点。     

Upper-bound stability analysis of a plane strain heading in non-homogeneous clay

This paper investigates the undrained stability of a plane strain tunnel heading in cohesive soil, whose undrained shear strength is assumed to increase linearly with depth. Upper bound stability solutions for a practical range of parameters of geometries and soil conditions are found using the multi-rigid-block upper bound method. The upper bound solutions obtained from the multi-rigid-block mechanisms significantly improve the classical solutions and have good agreement with those of the finite element limit analysis when C/D is small. An improved simple collapse mechanism which intermix inhomogeneous deforming region and rigid blocks translation together is proposed based on the multi-rigid-block upper-bound analysis. An upper bound analytical solution is then obtained in view of the numerical results of both the multi-rigid-block collapse mechanism and the improved simple collapse mechanism. And it predicts the plane strain heading stability relatively accurate for shallow tunnels.     

黏土中隧道垮落的塑性分析和数值模拟

~~黏土中隧道垮落的塑性分析和数值模拟@谢骏$伦敦南岸大学!伦敦~~     

黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体上限解

 为了将多块体上限法拓展应用到饱和黏土基坑抗隆起稳定性分析中,提出支护墙体刚性条件下,用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式,并给出相应的上限计算能量方程。为检验多块体上限方法的应用情况,结合实际工程案例以及针对基坑宽度、坑底基岩埋置深度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质等对抗隆起稳定存在影响的因素进行计算和分析,并将多块体上限法计算结果与基于Terzaghi模式及Prandtl模式的上限解、Faheem强度折减有限元计算结果、Ukritchon的极限分析有限元计算结果做了广泛的对比。通过对比可以发现,所给出的多块体上限解是所讨论上限解中最优的,计算结果与Ukritchon的极限分析上限有限元计算结果较为接近,而多块体上限方法与Ukritchon的极限分析上限有限元相比,更容易实现,计算量也要小得多。通过大量计算以及与其他方法的对比可以发现,多块体上限方法在黏土基坑抗隆起中的应用是比较成功的。     

双平行圆形隧道稳定的塑性极限分析上限解

从塑性极限分析上限法的基本原理出发，通过分析单圆形隧道4种类型垮落机制所获得的稳定率上限解，构建黏土层中双平行圆形隧道的垮落机制，阐述双平行圆形隧道稳定与垮落间的临界稳定分析过程，导出浅土层中双平行圆形隧道稳定率的上限方程。该方程根据隧道间不同距离，综合两隧道重叠（单隧道）、两隧道相接触、相互影响的双隧道以及互不影响的两单隧道的稳定特征。通过该方程进一步讨论土重对双隧道稳定率上限解的影响。最后，由离心模型试验结果证实其上限解的正确性。     

三维无厚度界面元用于上限值分析

 采用实验室研发的三维有限元分析程序,同时考虑多段式平面和曲面无厚度界面元素,在不同几何条件下,藉以分析计算黏性土内部极限值与其渐进式破坏行为,而三维有限元分析内容包含边坡和浅基础的极限承载力计算等。由分析结果可知;数值计算结果符合极限分析理论最小上限值,并显示利用三维无厚度界面元素,在不同破坏机制问题上,能模拟且预估土体极限承载力;同时,土体内部的塑性破坏情形沿既定几何滑动面逐渐破坏而达到整体破坏,可初步了解边坡和基础渐进破坏行为模式。     

基于非线性破坏准则的土坡稳定有限元上限分析

材料的非线性破坏准则是指材料的强度与应力相关,因此描述材料强度的前提是应力已知。现有土坡稳定的上限极限分析方法由于无法确定土坡内的应力分布而无法采用非线性强度准则。论文基于Mohr-Coulomb屈服准则和有限单元法,将边坡稳定上限极限分析形成标准二次锥规划数学模型,并转化为对偶问题的“静力形式”进行求解,从而可以确定边坡内部的应力分布,进而使用迭代的方法确定材料在非线性破坏准则下的等效剪切强度,最终得到问题的上限解。通过两个算例的计算分析,并与已有计算方法进行对比,验证了所提出方法的正确性,得到的上限解也更为严格、精确。     

基于六节点三角形单元和线性规划模型的上限有限元研究

目前三节点三角形单元常用于极限分析上限有限元,该低阶单元在模拟岩土体失稳破坏时形成的剪切带和塑性区时精度较低。为此,在已有研究成果的基础上,将二阶的六节点三角形单元引入上限有限元,且在单元公共边设置速度间断线并建立线性规划模型,进一步将该单元的应用扩展到服从莫尔–库仑屈服准则的土体。通过对上限有限元进行理论推导并编制程序,利用典型算例研究屈服准则线性化和速度间断线辅助变量线性化对计算结果的影响,并与三节点三角形单元所得结果进行对比分析。研究表明,同等单元数目条件下六节点三角形单元应用于上限有限元能提高计算精度,不过对于某些破坏区域约束不太强烈模型而言,当速度间断线作用显著发挥时,采用三节点三角形单元也可获得良好的解答。     

Effect of tunnel advance rate on seepage forces acting on the underwater tunnel face

In this paper, the effect of seepage forces arising from the groundwater flow on the tunnel face stability was studied for underwater tunnels. The groundwater flow equation was solved and the seepage forces acting on the tunnel face were calculated using the upper bound solution in limit analysis. Especially, the effect of tunnel advance rate on the seepage forces and thus on the tunnel face stability was studied. A finite element program to analyze the groundwater flow around a tunnel with the consideration of tunnel advance rate was made. Example problem showed that the seepage force is greatly influenced by the tunnel advance rate in case of less permeable ground. Finally, a rational design methodology for the assessment of support pressures required for maintaining the stability of the tunnel face was suggested for underwater tunnels.