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渗透力对隧道开挖面稳定性影响分析

岩土工程学报 2009年第10期31卷 1547-1553页

作者：高健张义同乔金丽天津大学机械工程学院天津300072

强透水地层中隧道开挖面稳定分析是盾构掘进施工中一项关键技术。综合考虑有效支护压力和渗透力的影响,对隧道开挖面稳定性进行了分析,前者基于土体稳定的极限平衡理论计算结果,后者通过数值分析方法计算稳态地下水流条件下隧道开挖面... 详细信息

强透水地层中隧道开挖面稳定分析是盾构掘进施工中一项关键技术。综合考虑有效支护压力和渗透力的影响,对隧道开挖面稳定性进行了分析,前者基于土体稳定的极限平衡理论计算结果,后者通过数值分析方法计算稳态地下水流条件下隧道开挖面附近水头分布推导得出。作用在隧道开挖面的支护压力由有效支护压力和渗透力共同构成。研究发现,地下水渗流对隧道开挖面稳定产生极大影响,维持开挖面稳定极限支护压力远大于无地下水渗流时的情况。理论分析结果、流固耦合数值模拟结果与工程实测数据取得较好的一致,验证了本文理论与方法的合理性和有效性。

关键词：开挖面稳定极限平衡渗透力流固耦合

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渗透力对新奥法隧道掌子面稳定性的影响

中南大学学报（自然科学版） 2019年第5期50卷 1221-1228页

作者：黄戡安永林岳健曾贤臣李佳豪张艺杰王栋长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

因实际掌子面没有支护力,用支护力反映新奥法隧道掌子面稳定性存在缺陷,为此,提出用虚拟支护力表示。在分析渗流场基础上,结合强度折减法和极限分析上限法,推导存在渗透力的掌子面稳定安全系数公式,并应用于实际隧道工程;分析水位高度... 详细信息

因实际掌子面没有支护力,用支护力反映新奥法隧道掌子面稳定性存在缺陷,为此,提出用虚拟支护力表示。在分析渗流场基础上,结合强度折减法和极限分析上限法,推导存在渗透力的掌子面稳定安全系数公式,并应用于实际隧道工程;分析水位高度、帷幕注浆长度等参数对渗透力与掌子面稳定性影响的规律;最后对孔隙水压力与渗透力进行计算。研究结果表明:随着水位升高,单位平均渗透力增大,掌子面安全系数呈负指数降低;若仅考虑水平渗透力而忽略竖向渗透力,则所得结果偏不安全;帷幕注浆的安全系数比无注浆时的高,但渗透力比无注浆的大;随着掌子面前方帷幕注浆长度增加,水平渗透力减小,而竖向渗透力增加,安全系数略微减小;减小台阶开挖高度,可以提高掌子面的稳定性;随着黏聚力和内摩擦角增大,掌子面稳定安全系数提高,但增加梯度减小。

关键词：隧道工程掌子面稳定性渗透力极限分析法强度折减法帷幕注浆

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论土骨架与渗透力

岩土工程学报 2016年第8期38卷 1522-1528页

作者：李广信清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

指出了土骨架的定义、成分即所占据的空间;认为土力学就是研究土骨架的力学性质及其影响因素的学科。用大量的例子,形象地说明土骨架的溃散所造成的严重后果。从土的颗粒出发解释了土中水的渗透力的机理,推导了渗透力的计算公式。特别指... 详细信息

指出了土骨架的定义、成分即所占据的空间;认为土力学就是研究土骨架的力学性质及其影响因素的学科。用大量的例子,形象地说明土骨架的溃散所造成的严重后果。从土的颗粒出发解释了土中水的渗透力的机理,推导了渗透力的计算公式。特别指出,通常所谓的"渗透力就是渗透水流对于土骨架的拖曳力"的说法是不全面的。

关键词：土骨架溃散渗透力推力

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一维渗透力与浮力

力学学报 2017年第5期49卷 1154-1162页

作者：丁洲祥北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 陕西省公路桥梁与隧道重点试验室西安710064

为简化分析,针对一维渗流问题,研究提出了土力学中渗透力和浮力的两种推导方法,作为传统的宏观尺度孔隙水隔离体法的有益补充.弹性力学平衡微分方程、土力学Terzaghi有效应力方程和流体力学简化Bernoulli方程构成本文分析渗透力和浮力的... 详细信息

为简化分析,针对一维渗流问题,研究提出了土力学中渗透力和浮力的两种推导方法,作为传统的宏观尺度孔隙水隔离体法的有益补充.弹性力学平衡微分方程、土力学Terzaghi有效应力方程和流体力学简化Bernoulli方程构成本文分析渗透力和浮力的3个基本方程.在基本方程基础上,容易推导出相应的骨架和孔隙水两种隔离体的平衡微分方程,从而在静力平衡范畴内揭示渗透力和浮力的内涵.单位体积饱和土体的渗透力,源于总水头压力的梯度,而浮力则源于位置水头压力在竖向的梯度,这两者统一于骨架或孔隙水的平衡微分方程.实际工程关注的有效应力计算问题,一般可以直接应用3个基本方程来确定;只有在简化条件下可按渗透力和浮力计算土体中有效应力分布规律.还讨论了若干研究热点问题,重点探讨了当前一种渗透力新定义j=nγ_wi在形式上的合理性以及在实际应用中可能存在的风险,并验证了一维渗透力的一种经典精细化表述结果中考虑渗流速度时间导数的严谨性.在土力学渗透力和浮力问题研究中应重视和正确应用Terzaghi有效应力方程.

关键词：渗透力浮力有效应力原理孔隙水压力平衡微分方程

强降雨条件下考虑渗透力影响的粗粒土高路堤边坡稳定性

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第8期49卷 2016-2023页

作者：段旭龙何忠明王保林中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114

为了分析强降雨条件下粗粒土高路堤边坡的稳定性,基于渗透力理论,对边坡在强降雨条件下的二维渗流特性进行计算,然后,通过Fish语言编程,将边坡孔隙水压力和渗透力等渗流参数导入FLAC3D软件中,重点分析渗透力变化对路堤边坡稳定性的影响... 详细信息

为了分析强降雨条件下粗粒土高路堤边坡的稳定性,基于渗透力理论,对边坡在强降雨条件下的二维渗流特性进行计算,然后,通过Fish语言编程,将边坡孔隙水压力和渗透力等渗流参数导入FLAC3D软件中,重点分析渗透力变化对路堤边坡稳定性的影响。研究结果表明:在强降雨条件下,路堤边坡在X方向的渗流梯度在边坡表面及第二级边坡坡脚处表现为正值,坡脚处包络线所包围的正值区域逐渐向边坡内部扩展,边坡坡顶处在X和Y方向的渗流梯度的变化幅度较大;路堤边坡表层孔隙水压力随降雨入渗持续而逐渐增加,随雨水的不断渗出而逐渐减小;路堤边坡坡顶处体积含水率呈现"凸"型分布,边坡纵截面体积含水率呈现"凹"型分布;随着雨水持续入渗,路堤边坡塑性区首先在各级边坡坡脚处及第二级边坡坡脚下方形成,并逐渐沿坡顶方向向边坡内部扩展,形成塑性贯通区;受渗透力的影响,边坡安全系数演变规律分为缓慢上升阶段、缓慢下降阶段、快速下降阶段和缓慢回升阶段。

关键词：强降雨粗粒土稳定性渗透力安全系数

水位变化下浅埋盾构隧道开挖面渗透力与稳定性研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第10期55卷 3833-3848页

作者：刘维正师嘉文谭际鸣董军豆小天中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中铁隧道集团二处有限公司河北三河065201

为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖... 详细信息

为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖面的失稳形式,建立区别于传统破坏模型的圆台-弧转体数学模型,提出一种基于极限分析上限法且考虑渗透力作用的极限支护压力的计算方法,并与已有研究结果相对比,验证该方法的可行性;根据该方法分析水位、土体力学参数、盾构掘进参数对极限支护压力的影响。研究结果表明:黏聚力及内摩擦角增加会导致破坏区高度显著减小,而水位增加会导致破坏区高度及长度显著增加;开挖面上渗透力随开挖面与拱顶的距离增大而增大,渗透力随水位变化呈线性变化,平均渗透力随水位变化率为2.75 kN·m^(-3);极限支护压力随黏聚力、水位呈线性变化,随摩擦角呈非线性变化;结合开挖面前方土层土体力学性质,极限支护压力随水位变化率为5.11~5.75 kPa,与实测土仓压力变化率6.38 kPa较吻合,控制土仓压力在80 kPa以上时能有效保证开挖面稳定。

关键词：盾构开挖面水位变化渗透力极限分析法极限支护压力

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考虑轴向力和渗透力时软化围岩隧道解析

力学学报 2014年第5期46卷 747-755页

作者：邹金锋李帅帅张勇袁臻中南大学土木工程学院长沙410075

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律.基于摩尔--库伦屈服准则及应力--应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并... 详细信息

为了研究轴向应力和渗透力共同作用下软化围岩的应力与位移的变化及分布规律.基于摩尔--库伦屈服准则及应力--应变软化模型并考虑轴向应力和渗透力的共同作用,将整个塑性区分为有限个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力、应变为初始值,并采用微小径向应力增量逐步求出各个圆环上的应力应变及塑性区半径,据此重构了考虑渗透力和轴向力共同作用下软化围岩应力应变特性的逐步求解方法.利用该方法,推导出软化围岩应力应变的解.计算结果表明:在考虑轴向应力作用下,塑性区半径和隧道围岩位移都随着渗透力的增加而有所减小;当轴向应力为最小主应力时,渗透力的影响更为显著.这说明渗透力的存在对于隧道围岩的应力应变分布以及塑性半径和围岩的位移有不可忽略的影响.

关键词：轴向应力渗透力应力--应变软化模型逐步求解法摩尔--库伦屈服准则

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边坡稳定性分析中的渗透力计算方法考证

岩土力学 2015年第9期36卷 2478-2486,2493页

作者：蒋中明龙芳熊小虎冯树荣钟辉亚长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410004 中国电建中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014

针对土力学中渗透力概念模糊、计算方法不统一的问题,从饱和土体的两相介质组成特性研究出发,全面阐释了饱和土体中与水相关的作用力概念,揭示了各种水作用力对土体骨架的面力作用本质。建立了渗流条件下土体、土骨架和孔隙水体的受力... 详细信息

针对土力学中渗透力概念模糊、计算方法不统一的问题,从饱和土体的两相介质组成特性研究出发,全面阐释了饱和土体中与水相关的作用力概念,揭示了各种水作用力对土体骨架的面力作用本质。建立了渗流条件下土体、土骨架和孔隙水体的受力分析模型,推导了土中水流动形成的渗透力计算公式。从土体受力分析的弹塑性有限元和极限平衡分析方法两个角度,阐述了渗透力荷载效应的计算模式。分析结果表明:在有限元方法中采用有效应力原理进行土体受力分析可以正确反映渗透力荷载效应;条分法中的面力模型也可完全代表渗透力的荷载作用效应,但由于条分法中条间力假定的存在将导致渗透力荷载效应不能全面得到反映。边坡稳定性分析的水土合算总应力法在理论上是不完备的,而基于有效应力思想的水土分算法将条块边界上所有的水压力都作为条块受力分析的荷载,从而可以全面地反映渗透力的荷载效应,因此,在考虑渗透力作用方面是精确的。

关键词：土力学边坡稳定性渗透力有效应力

考虑轴向力和渗透力时圆形隧道广义Hoek-Brown解

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岩土力学 2015年第10期36卷 2837-2846,2854页

作者：许渊李亮邹金锋袁臻中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为了研究渗透水压力和轴向应力共同作用时隧道围岩的应力和位移变化趋势,将圆形隧道简化为轴对称模型,假定渗透场以渗透体积力作用在原应力场,以围岩开挖断面为假定平面,引入垂直于该平面的轴向应力。基于广义Hoek-Brown强度准则和非关... 详细信息

为了研究渗透水压力和轴向应力共同作用时隧道围岩的应力和位移变化趋势,将圆形隧道简化为轴对称模型,假定渗透场以渗透体积力作用在原应力场,以围岩开挖断面为假定平面,引入垂直于该平面的轴向应力。基于广义Hoek-Brown强度准则和非关联流动法则,推导出考虑轴向应力和渗透场共同作用时弹-脆-塑性围岩的应力和位移非线性解,采用数值算例分析了轴向应力和渗透力共同作用时隧道围岩塑性区应力场和位移场的分布规律。计算结果表明:与无渗透水压力作用下的模型相比,渗透力作用使得围岩塑性区各点位移增大,并且内外水头差越大,位移增大越明显。当轴向应力为中主应力时,围岩塑性区半径和塑性区各点应力增大,轴向应力为大主应力和小主应力时,围岩塑性区半径和塑性区应力变化较小。因此,渗透力的存在不利于隧道围岩的稳定性,并且轴向应力的大小对于富水地区隧道围岩的应力和位移分布具有较大影响。在施工设计时考虑渗透力以及轴向应力的共同影响对于保证隧道围岩稳定性具有重要意义。

关键词：弹-脆-塑性模型轴向应力渗透力 Hoek-Brown强度屈服准则圆形隧道