盾构隧道施工扰动诱发富水砂层地陷变形数值模拟

文章通过盾构隧道开挖面三维弹塑性有限元数值模拟,研究了支护压力变化和地层损失诱发富水砂性地层地陷变形特征,并进一步分析了土体参数变化以及地下水渗流的影响。模拟结果表明,地下水渗流将明显增大维持开挖面稳定所需的支护压力,并显著增大了地层地陷变形的大小和范围,还会改变地层地陷变形模式;当支护压力接近极限值时,隧道顶面处的地层变形值迅速增大;土性劣化使得地层变形增大,当支护压力接近极限值时,土性劣化对地层变形的影响更为显著;受地层损失的影响,隧道顶面处变形最大,朝地表发展变形逐渐减小。

隧道爆破施工导致地面振动优化控制数值模拟

根据爆破荷载经验公式及人工黏弹性边界,建立了隧道施工爆破对岩质地层影响的数值分析模型。研究了爆破施工引起的地面振速响应规律。结果表明:振速衰减规律符合萨道夫斯基公式,且围岩弹性模量对振速传播影响较大。拟合得到不同围岩条件下的利用萨道夫斯基公式关键参数,进一步采用最小二乘法进行多元拟合,建立了公式关键参数岩体参数的量化关系。利用量化关系优化了爆破施工方案,并通过与工程实测结果的对比验证了量化公式的合理性。

砂层中盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验

根据盾构隧道施工的特点并考虑水力条件变化情况,设计砂层中盾构隧道面失稳破坏物理模型试验装置。通过控制刚性支护面平移实现开挖面变形加载,量测开挖面前方土压力变化情况,并对试验过程拍摄的高精度数字图像进行图形处理追踪开挖面失稳破坏过程。开展11组物理模型试验,探讨各向同性、各向异性地层和地下水渗流条件下开挖面失稳破坏机理,得出维持开挖面稳定性的极限支护压力。研究结果表明:随着开挖面变形增大,支护压力先急速减小后趋于稳定,开挖面破坏状态呈楔形滑动块体加上方柱体的破坏模式;各向异性地层中,极限支护压力随沉积方向变化,开挖面前方地层破坏区域高度和宽度略有差异;渗流条件下,地下水渗流导致极限支护压力明显提高,开挖面破坏状态时楔形体滑动面与水平向夹角变小,破坏范围增大。