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非均质黏土地基隧道环向开挖面稳定上限分析 被引量:19
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作者 黄茂松 宋春霞 吕玺琳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1504-1512,共9页
基于多块体极限分析上限法,推导了不排水条件下饱和黏性土地基中隧道环向开挖面稳定支护压力的计算公式。编制相应的计算程序,优化得到了隧道环向开挖稳定的最优上限解答。通过与已有极限分析上限解答的对比,验证了多块体极限分析上限... 基于多块体极限分析上限法,推导了不排水条件下饱和黏性土地基中隧道环向开挖面稳定支护压力的计算公式。编制相应的计算程序,优化得到了隧道环向开挖稳定的最优上限解答。通过与已有极限分析上限解答的对比,验证了多块体极限分析上限法在隧道开挖稳定性分析的适用性。对照隧道开挖稳定的最优上限解的变化规律及相应破坏面的形状,详细分析了隧道埋深比、土体重度及强度非均质性对开挖面极限支护压力和因隧道开挖产生的滑动面范围和位置的影响。在此基础上,进一步基于隧道失稳的简化破坏模式推导了黏性土地基隧道开挖稳定的极限支护压力的简化上限解。通过与已有离心模型试验的对比验证,指出本文上限解可直接用于工程中初步确定开挖面支护压力,为隧道工程设计提供可靠的理论依据。 展开更多
关键词 多块体极限分析上限法 隧道开挖稳定 滑动面 重度参数 非均质参数 简化上限解
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非均质黏土地层隧道开挖面稳定运动单元上限有限元分析 被引量:15
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作者 杨峰 何诗华 +3 位作者 吴遥杰 计丽艳 罗静静 阳军生 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1412-1419,1436,共9页
将刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序作进一步改进,使之适应分析非均质黏土地层稳定性问题。应用该程序系统分析了地表超载作用下非均质黏土地层隧道开挖面稳定性,获得了隧道埋深比C/D、土体重度参数γD/cu0、土体强度... 将刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序作进一步改进,使之适应分析非均质黏土地层稳定性问题。应用该程序系统分析了地表超载作用下非均质黏土地层隧道开挖面稳定性,获得了隧道埋深比C/D、土体重度参数γD/cu0、土体强度非均质参数ρD/cu0等因素综合影响下开挖面失稳临界荷载上限解σs/cu0图表和以有效间断线网表征的地层破坏模式及其演变规律。研究表明:隧道埋深比C/D和强度非均质参数ρD/cu0对临界荷载σs/cu0及地层破坏模式影响显著;土体重度参数γD/cu0对σs/cu0影响明显,但对破坏形态影响不大。进一步展示了不同有效间断线数目及分布等网格参数下地层破坏形态的差异,解释了上限解精度提高的原因,与多块体上限法及上下限有限元法对比表明,UBFEM-RTME适宜于非均质黏土地层隧道开挖稳定性评价研究,特别是极限状态破坏模式的分析。 展开更多
关键词 隧道开挖稳定 非均质黏土 上限有限元 临界荷载 破坏机制
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黏土地层隧道开挖面三维稳定性上限分析 被引量:9
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作者 宋春霞 黄茂松 周维祥 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期650-658,共9页
对不排水均质黏土地基隧道开挖失稳三维破坏模式进行改进,弥补了目前隧道开挖稳定性问题中三维极限分析上限法的不足。采用截椭圆柱体构造多块体平动破坏模式,克服了现有三维多块体平动破坏模式与隧道开挖面不完全接触的缺陷;进一步针... 对不排水均质黏土地基隧道开挖失稳三维破坏模式进行改进,弥补了目前隧道开挖稳定性问题中三维极限分析上限法的不足。采用截椭圆柱体构造多块体平动破坏模式,克服了现有三维多块体平动破坏模式与隧道开挖面不完全接触的缺陷;进一步针对三维多块体平动破坏模式存在的问题,提出了多块体转动–剪流组合破坏模式,得到了均质黏土地层中隧道开挖稳定的上限解,明显改善了现有的极限分析上限解,并与三维弹塑性有限单元法结果及文献中的离心试验结果进行对比,验证了上限分析方法的有效性。 展开更多
关键词 黏土地基 隧道开挖稳定 三维上限分析 多块体平动破坏模式 多块体转动–剪流破坏模式
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基于上限定理的软土隧道开挖面稳定性分析 被引量:6
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作者 黄茂松 宋春霞 王浩然 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2014年第3期330-335,共6页
应用极限分析上限法研究软土隧道开挖面的稳定性,提出了纯粘土地基中不排水条件下隧道开挖面稳定性问题的改进破坏模式,并推导了隧道开挖面稳定计算的理论公式;编制相应的计算程序,优化得到了维持开挖面稳定的支护压力最优上限解。通过... 应用极限分析上限法研究软土隧道开挖面的稳定性,提出了纯粘土地基中不排水条件下隧道开挖面稳定性问题的改进破坏模式,并推导了隧道开挖面稳定计算的理论公式;编制相应的计算程序,优化得到了维持开挖面稳定的支护压力最优上限解。通过与已有极限分析上限法和极限分析有限元上限解的对比,验证了本文改进破坏模式的有效性,为工程设计提供了可靠的理论依据。同时,将支护压力表示为土体粘聚力、地表超载和土体重度三相叠加的形式,给出了各自影响系数的表达式,并对之进行了分析讨论。 展开更多
关键词 隧道开挖稳定 极限上限分析 纯粘土 改进破坏模式 支护压力最优上限
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考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究 被引量:13
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作者 黄振恩 吴俊 +1 位作者 张洋 刘陕南 《现代隧道技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期61-71,共11页
文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比... 文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。 展开更多
关键词 盾构隧道 流固耦合 数值模拟 隧道开挖稳定 支护压力比 覆径比
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基于块体剪流组合机构的黏土隧道三维开挖面稳定分析 被引量:4
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作者 王鸿宇 黄茂松 唐震 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1376-1385,I0003,共11页
基于块体剪流组合机构研究了非均质黏土地层中隧道三维开挖面稳定性。指出了已有文献在推导简单剪流–转动机构过程中存在漏项并对稳定系数计算公式进行了改正。通过对块体机构与剪流机构的讨论,分别从上部刚性块体以及下部剪流区两个... 基于块体剪流组合机构研究了非均质黏土地层中隧道三维开挖面稳定性。指出了已有文献在推导简单剪流–转动机构过程中存在漏项并对稳定系数计算公式进行了改正。通过对块体机构与剪流机构的讨论,分别从上部刚性块体以及下部剪流区两个方面揭示出现有解析机构上限解与离心模型试验结果及弹塑性有限元解差距较大的内在机理。在此基础上,进一步提出了平动块体非均匀剪流组合机构,显著改进了现有解析机构在隧道埋深比相对较大时的上限解,并详细讨论了当前常用工程验算方法的适用性。 展开更多
关键词 非均质黏土 隧道开挖稳定 上限法 稳定系数
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含水地层盾构隧道开挖面稳定系数研究 被引量:3
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作者 张玉龙 曹玉新 +1 位作者 孟庆明 张军伟 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2021年第3期102-106,共5页
研究目的:鉴于我国盾构施工过程中常穿越含水单一(或复合)地层及城市敏感建(构)筑物过程中出现的地面塌陷、建(构)筑物失稳等问题,以成都轨道交通18号线某盾构隧道区间为工程背景,开展含水地层大直径盾构隧道施工组段的开挖面稳定系数研... 研究目的:鉴于我国盾构施工过程中常穿越含水单一(或复合)地层及城市敏感建(构)筑物过程中出现的地面塌陷、建(构)筑物失稳等问题,以成都轨道交通18号线某盾构隧道区间为工程背景,开展含水地层大直径盾构隧道施工组段的开挖面稳定系数研究,以期为优化盾构掘进参数提供参考,避免坍塌发生。研究结论:(1)在对现有盾构开挖面稳定系数法研究基础上,提出了含水地层盾构隧道开挖面稳定系数计算方法,并通过数值计算确定了稳定系数的取值范围;(2)隧道在不同埋深情况下,开挖面稳定系数的取值范围大致相同,当稳定系数N<5时,开挖面处于弹性变形阶段;当5≤N<8时,开挖面处于塑性变形阶段;当N≥8时,开挖面失稳破坏;(3)含水地层盾构施工应将稳定系数控制在5以内,最大不超过8;(4)本研究成果可为盾构机掘进参数优化提供参考。 展开更多
关键词 含水地层 大直径盾构 隧道开挖稳定系数 数值计算
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临近富水破碎构造带隧道开挖面稳定性的极限平衡分析 被引量:4
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作者 于晨昀 项彦勇 孙俊豪 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2020年第S02期380-384,共5页
为有效降低山岭隧道施工临近富水破碎构造带的水害风险,针对隧道开挖面临近富水破碎构造带时的稳定性预判问题,考虑渗流影响,对开挖断面进行等效代换,建立关于开挖面前方岩体破裂角的极限平衡方程,进行牛顿法迭代求解和数值模拟验证。... 为有效降低山岭隧道施工临近富水破碎构造带的水害风险,针对隧道开挖面临近富水破碎构造带时的稳定性预判问题,考虑渗流影响,对开挖断面进行等效代换,建立关于开挖面前方岩体破裂角的极限平衡方程,进行牛顿法迭代求解和数值模拟验证。经计算分析结果对比表明,牛顿迭代法求解与数值模拟验证结果接近;在此基础上分别考虑隧道埋深、岩体重度和强度参数、富水破碎构造带水头高度等变量因素,计算分析岩体破裂角及必要自稳厚度的变化规律。通过计算分析结果表明,开挖面前方岩体必要自稳厚度随前方富水破碎构造带水头高度的增大而增大,随自身内摩擦角的增大而线性减小,随自身黏聚力的增大而减小,随自身重度的增大而增大,随隧道埋深的增大而减小并趋于定值。 展开更多
关键词 富水破碎构造带 隧道开挖稳定 岩体破裂角 前方岩体必要自稳厚度 渗流影响 极限平衡法 参数分析
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基于逆可靠度分析的隧道开挖面极限支护压力优化设计 被引量:7
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作者 姬建 张哲铭 +2 位作者 夏嘉诚 闵凡路 吴志军 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1825-1833,共9页
探讨了采用一阶可靠度方法(FORM)的逆形式对浅埋圆形隧道开挖面极限支护压力进行可靠度优化设计(RBD)的可能性。逆可靠度分析的计算过程可以在随机变量的原始空间中实现,并且可以直接提供一些满足目标可靠度指标的设计信息。针对隧道开... 探讨了采用一阶可靠度方法(FORM)的逆形式对浅埋圆形隧道开挖面极限支护压力进行可靠度优化设计(RBD)的可能性。逆可靠度分析的计算过程可以在随机变量的原始空间中实现,并且可以直接提供一些满足目标可靠度指标的设计信息。针对隧道开挖面的坍塌和隆起破坏模式,通过三维有限元极限分析(FELA)计算极限支护压力的确定性解,由此建立极限状态方程并进行逆可靠度设计。在概率研究中,逆可靠度方法通过与蒙特卡罗模拟的结果对比显示出足够的准确性。在此基础上,本研究针对不同工况进行了一系列支护压力的可靠度优化设计和概率分析,获得相应的RBD结果。最后,讨论了土体抗剪强度参数的空间变异性对支护压力的影响。 展开更多
关键词 隧道开挖稳定 反分析 有限元极限分析 概率设计 空间变异性
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基于非线性Hoek-Brown破坏准则的裂隙岩体圆形隧道开挖面稳定性分析 被引量:8
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作者 石欣 赵大军 +3 位作者 宋盛渊 张增增 刘学波 周宇 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期3359-3366,共8页
裂隙岩体中圆形隧道开挖面稳定性分析是一个具有重要科学价值和现实意义的热点问题。由于裂隙岩体的非线性特性,其强度包络线常采用各种不同的非线性破坏准则来表示。在众多非线性破坏准则中,Hoek-Brown破坏准则被认为能够合理地描述裂... 裂隙岩体中圆形隧道开挖面稳定性分析是一个具有重要科学价值和现实意义的热点问题。由于裂隙岩体的非线性特性,其强度包络线常采用各种不同的非线性破坏准则来表示。在众多非线性破坏准则中,Hoek-Brown破坏准则被认为能够合理地描述裂隙岩体的强度特征。首先,在极限分析理论框架下,对既有2种适用于线性破坏准则的预测模型(即常用的多椎体块破坏机制和改进的多椎体块破坏机制)进行了修正和扩展,以研究符合非线性Hoek-Brown破坏准则的裂隙岩体中隧道开挖面极限支护压力。其次,将提出的极限支护压力和既有破坏机制(单锥破坏机制和牛角破坏机制)的结果进行了对比,结果表明:基于修正多椎体块破坏机制的结果较基于其余3个破坏机制的结果是最优的,且影响规律与基于线性莫尔–库仑准则的隧道开挖面稳定性分析规律是一致的。最后,将得到的极限分析结果和现有的数值模拟结果进行了比较。结果表明:基于2种破坏机制的计算结果与数值模拟结果也基本一致。 展开更多
关键词 隧道工程 隧道开挖稳定 Hoek-Brown破坏准则 极限分析 裂隙岩体
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Tunnel face stability and ground settlement in pressurized shield tunnelling 被引量:4
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作者 苏艺 汪国锋 周庆宏 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第4期1600-1606,共7页
An analysis of the stability of large-diameter circular tunnels and ground settlement during tunnelling by a pressurized shield was presented. An innovative three-dimensional translational multi-block failure mechanis... An analysis of the stability of large-diameter circular tunnels and ground settlement during tunnelling by a pressurized shield was presented. An innovative three-dimensional translational multi-block failure mechanism was proposed to determine the face support pressure of large-shield tunnelling. Compared with the currently available mechanisms, the proposed mechanism has two unique features:(1) the supporting pressure applied to the tunnel face is assumed to have a non-uniform rather than uniform distribution, and(2) the method takes into account the entire circular excavation face instead of merely an inscribed ellipse. Based on the discrete element method, a numerical simulation of the Shanghai Yangtze River Tunnel was carried out using the Particle Flow Code in two dimensions. The immediate ground movement during excavation, as well as the behaviour of the excavation face, the shield movement, and the excavated area, was considered before modelling the excavation process. 展开更多
关键词 settlement large-diameter shield tunnel three-dimensional failure mechanism
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