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正交下穿截污管盾构开挖面被动失稳颗粒流模拟研究

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2024年第1期40卷 70-77页

作者：叶友林商诗健牛奔路志旺徐春一沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 中国建筑第六工程局有限公司天津300451 沈阳建筑大学交通与测绘工程学院辽宁沈阳110168

目的对砂土地层土压平衡式盾构下穿截污管施工工况进行研究,以解决由于支护压力过大导致的开挖面被动失稳问题。方法以沈阳地铁三号线下穿截污管区段为背景,利用颗粒流程序建立数值模型,研究截污管存在下的开挖面被动失稳模式、支护... 详细信息

目的对砂土地层土压平衡式盾构下穿截污管施工工况进行研究,以解决由于支护压力过大导致的开挖面被动失稳问题。方法以沈阳地铁三号线下穿截污管区段为背景,利用颗粒流程序建立数值模型,研究截污管存在下的开挖面被动失稳模式、支护压力变化以及地层应力分布。同时分析了管隧垂直净距与细观摩擦系数对极限支护压力的影响。结果开挖面失稳模式和极限支护压力均受盾构开挖位置的影响,当开挖面位于管道前方1.0 D时,管道对失稳模式的影响最大;盾构穿越管道前,管道下部土层出现应力增大现象;极限支护压力随着管隧垂直净距、颗粒摩擦系数的增大而增大。结论在盾构接近且未穿越截污管时,管道对开挖面被动失稳机理产生了显著影响。

关键词：盾构开挖面离散元正交下穿稳定性破坏模式

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盾构开挖面极限支护力的简化计算公式

地下空间与工程学报 2017年第4期13卷 988-994页

作者：朱建明高林生巩晓花华北科技学院安全工程学院北京101601 北方工业大学土木工程学院北京100144

盾构开挖面极限支护力的确定是盾构法施工中一个需要解决的重要问题,基于楔形体模型对盾构开挖面极限支护力的简化计算研究,提出了极限支护力可以通过线性拟合得到。该方法将极限支护力简化为砂土内摩擦角φ的线性公式。通过对地面附加... 详细信息

盾构开挖面极限支护力的确定是盾构法施工中一个需要解决的重要问题,基于楔形体模型对盾构开挖面极限支护力的简化计算研究,提出了极限支护力可以通过线性拟合得到。该方法将极限支护力简化为砂土内摩擦角φ的线性公式。通过对地面附加应力P0=0,砂土的重度γ=18 k N/m3,开挖面直径D=6 m,埋深H=10 m时的lnσT与φ的关系曲线的线性拟合得到该条件下的盾构开挖面的极限支护力的简化计算的线性公式,又通过引入砂土的重度影响系数a、盾构的开挖面直径影响系数b和埋深的影响系数c,得出了在一定范围内适用的考虑砂土的重度、盾构的开挖面直径和埋深等影响因素的盾构开挖面的极限支护力的简化计算的线性公式,简化了盾构开挖面极限支护力的求解过程。

关键词：楔形体模型盾构开挖面极限支护力线性拟合

富水砂层盾构开挖面支护压力与地层变形关系离心模型试验研究

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岩土力学 2022年第S02期43卷 345-354页

作者：罗维平袁大军金大龙陆平陈健郭海鹏北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中铁十四局集团有限公司山东济南250014

为探究富水砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地层变形特征的关系,通过自主研发的离心模型试验系统,依托武汉地铁8号线大盾构越江隧道工程,研究了不同埋深情况下的开挖面支护压力对开挖面稳定及地层变形特征的影响,得到了开挖面支护压... 详细信息

为探究富水砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地层变形特征的关系,通过自主研发的离心模型试验系统,依托武汉地铁8号线大盾构越江隧道工程,研究了不同埋深情况下的开挖面支护压力对开挖面稳定及地层变形特征的影响,得到了开挖面支护压力与地表变形之间的关系曲线。研究结果显示:(1)当隧道埋深较浅(盾构直径)时,支护压力对地表变形的大小及扰动范围的影响均随着埋深的增加而减小;当隧道埋深较深(>1.5D)时,不管支护压力过小还是过大,开挖面支护压力对地层变形的影响很难延伸到地表。(2)当支护压力过大时,对地层的扰动呈现为鱼尾型,主要可分为挤密区、顶隆区、顶沉区以及沉降区,其中地表距离开挖面约1D范围内为沉降区,1D~2D范围内为隆起区。(3)当支护压力过小时,对地层的扰动主要为沉降,影响范围为开挖面前方1D左右,且随着埋深的减小,影响范围会增大。该研究通过离心模型试验得到了不同埋深条件下基于变形控制的支护压力设定范围的建议值,旨在为实际工程中支护压力的控制提供指导。

关键词：富水砂层盾构开挖面支护压力地层变形离心模型试验

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基于离散元的盾构开挖面合理支护压力

上海交通大学学报 2014年第6期48卷 838-844页

作者：廖少明时振昊武军同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

采用离散元法（DEM）对无水砂土地层（摩擦角37°）3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到：①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均出现... 详细信息

采用离散元法（DEM）对无水砂土地层（摩擦角37°）3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到：①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均出现在开挖面位移为0.06D（D为隧道直径）时,对应支护压力比为10%-20%,砂土强度软化现象导致最终极限支护压力增大.②支护压力比降至40%-50%为剧烈地层扰动及显著地表变形的触发点.当开挖面支护压力比降低至40%-50%时,地层扰动范围和程度对隧道埋深非常敏感,如埋深由2D降低至0.5D时,扰动范围扩大了3倍,最大扰动程度提高了1倍;地表产生明显大幅沉降.③基于极限破坏的支护压力比为10%-20%,而基于变形控制的支护压力比为40%-50%,虽明显大于前者,但支护压力仅为静止土压力的40%-50%.综合考虑盾构刀盘磨损及地层支护效果,在无水砂土地层中采用支护压力比为40%-50%是一种合理选择.

关键词：盾构开挖面支护压力比砂土地层离散元变形触发点

浅覆地层盾构开挖面被动破坏极限支护力及破坏模式研究

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防灾减灾工程学报 2019年第5期39卷 748-754页

作者：宋洋张维东王贺平刘昕辽宁工程技术大学建筑与交通学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

浅覆地层盾构掘进时支护力过大极易导致开挖面前方土体发生被动破坏,造成地表隆起。基于筒仓理论,通过优化传统三维楔形体模型,建立楔形块+倒棱台的土体被动破坏三维计算模型(修正三维楔形体模型),并推导被动极限支护力计算公式;对不同... 详细信息

浅覆地层盾构掘进时支护力过大极易导致开挖面前方土体发生被动破坏,造成地表隆起。基于筒仓理论,通过优化传统三维楔形体模型,建立楔形块+倒棱台的土体被动破坏三维计算模型(修正三维楔形体模型),并推导被动极限支护力计算公式;对不同埋深下滑动破裂角β分析研究;采用有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖面的被动破坏进行模拟,揭示被动破坏支护力变化规律及破坏模式。结果表明:本文研究计算模型更符合开挖面土体被动破坏模式;通过对破裂角β分析,解析土体被动破坏时其最优解30°左右;在浅覆盾构开挖面中,揭示S/(γD)受土体内摩擦角φ、埋深比K的影响,文中S/(γD)随内摩擦角φ的增大呈非线性增加,埋深比K越大,其幅度越明显;破坏模式分析中,K越小,土体位移变形对S/(γD)越敏感,越容易发生开挖面被动破坏;发生被动破坏时,土体纵向位移变形大于横向位移变形。

关键词：盾构开挖面被动破坏极限支护力数值模拟破坏模式

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各向异性地基中盾构隧道开挖面稳定性分析

重庆交通大学学报（自然科学版） 2018年第7期37卷 14-19页

作者：刘文洁王同华肖建勋南京科技职业学院江苏南京210048 北京城建设计发展集团股份有限公司浙江杭州310000 江苏省地质工程有限公司江苏南京210018

将盾构开挖面卸荷引起的主应力轴旋转考虑到"楔形体-棱柱体"极限平衡模型中,基于Casagrande各向异性强度公式,推导得到各向异性地基中盾构开挖面极限支护压力的极限平衡解,最后结合算例分析了各计算参数对极限支护压力的影响。算例分析... 详细信息

将盾构开挖面卸荷引起的主应力轴旋转考虑到"楔形体-棱柱体"极限平衡模型中,基于Casagrande各向异性强度公式,推导得到各向异性地基中盾构开挖面极限支护压力的极限平衡解,最后结合算例分析了各计算参数对极限支护压力的影响。算例分析表明:盾构开挖面极限支护压力随各向异性比的增大而线性减小,在各向异性比小于1时,若不考虑土体强度的各向异性会偏于不安全;在各向异性比大于1时,盾构开挖面极限支护压力随埋深比的增大而先减小后稳定,在各向异性比小于1时,规律则相反,且土体强度各向异性越明显,其变化的幅度越大;盾构开挖面极限支护压力随土体黏聚力的增大而线性减小,随土体内摩擦角的增大而非线性减小。

关键词：隧道工程盾构开挖面极限支护压力各向异性极限平衡法

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基于透明土的盾构隧道开挖面稳定性分析

基于透明土的盾构隧道开挖面稳定性分析

作者：刘佳佳武汉理工大学

学位级别：硕士

盾构法是一种高效、经济、安全的施工方法,在城市地铁建设中广为使用。由于城市施工环境复杂,盾构施工安全事故多有发生,其中由于开挖面失稳而导致的事故最为普遍,因而对开挖面稳定性的研究意义重大。目前,对开挖面失稳地层移动研究多... 详细信息

盾构法是一种高效、经济、安全的施工方法,在城市地铁建设中广为使用。由于城市施工环境复杂,盾构施工安全事故多有发生,其中由于开挖面失稳而导致的事故最为普遍,因而对开挖面稳定性的研究意义重大。目前,对开挖面失稳地层移动研究多集中于地层表面,本文使用人工合成透明土作为盾构模型土层、结合数字图像处理技术,采用PIVview2C软件对照片进行分析处理,对盾构开挖面失稳情况下内部地层移动规律、形态进行了可视化分析,主要内容如下： (1)设计采用熔融石英砂及浓度为59.8%的溴化钙合成透明土,对该土样进行了室内常规实验及直剪实验,证明了其与自然土性质的类似性。 (2)分析了图像数字化的原理,如何采用激光散斑技术与PIV技术相结合,由CCD相机拍摄目标面,将得到的图像数字化并导入软件进行互相关计算的过程。 (3)对试验结果进行了分析,得出了在三个不同埋径比(C/D=1、C/D=1.5、C/D=2)下横断面和纵断面的整体扰动形态,土层地表及内部各点水平位移、垂直位移规律,对土拱效应和松动土压力理论进行了分析。分析结果表明,在透明土地层盾构实验中,由于砂土土拱效应,在埋深大于1.25D时,土体变形不会发展到地表,浅埋时(C/D=1)符合太沙基松动土压力理论,整体扰动形态横断面类似裤衩形,纵断面类似三角形,深埋时(C/D>1.25)符合普氏理论,横断面扰动形态类似蛋形,纵断面扰动形态发展为烟囱状,深层土体沉降槽类似正态分布。纵断面垂直位移和水平位移相差不大,垂直位移最大值出现在盾构拱顶正前方0.3-0.7D之间,随盾构埋深的加大,垂直位移最大区域逐渐远离盾构开挖面。横断面以垂直位移为主,垂直位移最大值在盾构拱顶到拱顶以上0.5D之间,水平位移最大值出现在沉降槽反弯点附近,分布形态类似泊松分布。

关键词：透明土盾构开挖面失稳土体位移破坏形态

超前预加固对富水砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性的影响

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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中小企业管理与科技 2017年第35期1卷 164-167页

作者：任跃勤中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司成都611130

盾构隧道开挖面不稳将会引起地面塌陷,尽管采用诸如地表注浆加固能够保证盾构掘进,但施工工序烦琐、材料浪费严重、掘进效率低下,为了稳定盾构隧道开挖面、提高掘进效率,研究了超前预加固对富水砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性的影响。... 详细信息

盾构隧道开挖面不稳将会引起地面塌陷,尽管采用诸如地表注浆加固能够保证盾构掘进,但施工工序烦琐、材料浪费严重、掘进效率低下,为了稳定盾构隧道开挖面、提高掘进效率,研究了超前预加固对富水砂卵石地层盾构隧道开挖面稳定性的影响。结果表明:采用玻璃纤维注浆锚杆预加固开挖面前方围岩,能明显提高开挖面前方围岩强度,增强盾构隧道开挖面稳定性。研究成果具有重要的理论意义和应用价值。

关键词：超前预加固砂卵石地层盾构开挖面稳定性

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基于三维数值模拟的盾构开挖面稳定分析研究

科技与创新 2016年第11期 21-22页

作者：唐健中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

基于三维数值模拟分析了由加压盾构形成的浅埋圆形隧道开挖面的稳定性。在分析中考虑了隧道面主动土体和被动土体的破坏,并且基于运动学方法的多块机制限定性分析的结果,对现行隧道开挖面极限压力的数值解与离心机模型试验得到的极限隧... 详细信息

基于三维数值模拟分析了由加压盾构形成的浅埋圆形隧道开挖面的稳定性。在分析中考虑了隧道面主动土体和被动土体的破坏,并且基于运动学方法的多块机制限定性分析的结果,对现行隧道开挖面极限压力的数值解与离心机模型试验得到的极限隧道压力值进行了对比。此外,还指出了多块失效机制存在的不足。

关键词：三维数值模拟盾构开挖面极限压力运动学方法