考虑强度各向异性的黏土边坡稳定性分析及归一化设计方法

基于有限单元极限分析软件OptumG2,提出了一种考虑土体强度各向异性的边坡安全系数数值计算模型,并通过案例对比分析验证了模型的有效性.在此基础上,对不同类别黏土地层边坡稳定性进行了参数敏感性分析,并给出了相应的计算方法及设计图表.研究结果表明:采用归一化安全系数对边坡安全性进行分析时具有良好的归一化效果;各向异性地层中归一化安全系数Ns,h的修正系数β主要与土体抗剪强度比有关,采用幂函数能较好地拟合修正系数β与土体抗剪强度比的分布关系;吉布森地层中归一化安全系数Ns,g较均匀地层有所增长,其修正系数λ随着土体抗剪强度增长速率ρ的增大而不断增大,随着坡角α的增大逐渐减小,但当坡角α≥60°时,λ值趋于稳定.

基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升;2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定;3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。

考虑黏土强度各向异性的掌子面支护压力分析

掌子面稳定支护压力的确定是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键,目前相关研究多基于各向同性土体假定,忽略了土体强度各向异性的影响。基于有限单元极限分析软件OptumG3,介绍了一种考虑土体强度各向异性的掌子面稳定下限支护压力分析模型,并通过案例对比分析验证了模型的有效性。在此基础上,对强度各向异性黏土地层中掌子面稳定下限支护压力进行了参数敏感性分析,并给出了相应经验计算方法。研究结果表明:掌子面承载力系数Nc、Nγ与隧道埋深比C/D分别呈指数函数及线性函数关系;强度各向异性地层中Nc的修正系数rm主要受土体抗剪强度比k影响,二者符合幂函数关系,而Nγ则不受土体抗剪强度比k影响;强度各向同性及异性地层中掌子面前端土体破坏形态较为一致,均为“烟囱型”,但其分布范围有所不同,各向同性地层中土体破坏面分布范围更大。

方形隧道稳定性极限分析有限元数值模拟

在支护反力的作用下,隧道的应力边界条件发生较大变化,其稳定性分析亦变得十分复杂。为模拟这种复杂工况,采用极限分析有限单元法对方形隧道稳定性进行数值模拟分析。首先基于某些合理的计算假定,建立一种可以考虑多种因素影响的简化计算模型,在此基础上利用极限分析有限单元法求得不同影响因素下的隧道稳定系数;根据计算结果拟合出稳定系数的无量纲分析图表和经验计算公式,并基于各参数分析获得隧道破坏模式的变化规律,最后通过实际算例验证本文方法的可行性。研究表明:隧道稳定系数随H/B(埋深比)增大而减小,随φ(内摩擦角)和σt(支护反力)增大而增大;当φ较小时,H/B的变化对稳定系数产生显著的影响,而当φ较大时,H/B的变化对稳定系数影响甚微。