复合地层盾构开挖面极限支护力上限分析

作     者：代仲海 胡再强 DAI Zhonghai;HU Zaiqiang

作者机构：西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2021年第53卷第2期

页      面：95-102页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0814[工学-土木工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：陕西省自然科学基金项目(2017JM5059)。 

主　　题：盾构隧道 复合地层 极限上限分析法 开挖面稳定性 

摘      要：随着地下空间进一步的开发与利用,盾构施工面临的地质条件更加复杂多样。盾构在复合地层中掘进时,因地层间力学性质差异,易因开挖面支护力确定不当而造成失稳破坏,给工程带来负面影响。针对盾构隧道穿越复合地层较穿越均质土体时,由于上下地层间力学性质差异而导致的开挖面支护压力难以确定的问题,基于组合对数螺旋线破坏模式的复合地层中盾构开挖面失稳模型,利用极限分析上限定理推导了复合地层盾构隧道开挖面极限支护力上限表达式,结合非线性优化技术,求得极限支护力最优解,并通过与现有文献进行对比,验证了采用组合对数螺旋破坏模式的合理性;同时,讨论了不同参数对极限支护力及临界破坏模式的影响,给出了破坏时临界滑动面示意图。结果表明:当上部地层内摩擦角和黏聚力一定,极限支护力随下部地层内摩擦角和黏聚力的增大而降低;随着隧道直径的增大,极限支护力显著增大。定义上层地层深度与隧道直径之比为深度系数,对于复合地层,深度系数越小,极限支护力对于地层抗剪强度参数的变化越敏感;但对于单一地层,深度系数的变化对极限支护力没有影响。所得结论对实际工程具有一定的指导意义。