基于极限分析上限法的隧道掌子面稳定性分析

1

作者 孙来 李智 肖克锋 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第3期83-88,共6页

[目的]在隧道开挖过程中,土体开挖导致掌子面前方形成临空面,为确保土体稳定,需在掌子面上施加适当的支护压力。因此,准确量化分析隧道开挖时掌子面的稳定性,并确定维持稳定所需的极限支护压力,具有关键意义。[方法]采用极限分析上限法... [目的]在隧道开挖过程中,土体开挖导致掌子面前方形成临空面,为确保土体稳定,需在掌子面上施加适当的支护压力。因此,准确量化分析隧道开挖时掌子面的稳定性,并确定维持稳定所需的极限支护压力,具有关键意义。[方法]采用极限分析上限法,构建了一种可根据掌子面基本参数进行优化搜索的二维隧道掌子面破坏机构模型。通过推导内功率和外功率的计算公式,将掌子面稳定性分析问题转化为非线性优化求极值问题。在此基础上,计算了掌子面的安全系数与极限支护压力,并将计算结果与现有文献及OPTUM G2数值软件的计算结果进行了对比,验证了本方法的准确性和可靠性。此外,还深入探讨了土体黏聚力、内摩擦角及埋深比对掌子面稳定性的影响。[结果及结论]掌子面的稳定性随土体黏聚力和内摩擦角的增大而增强,表明黏聚力和内摩擦角对掌子面稳定性具有积极影响;随着隧道埋深比的增加,掌子面稳定性逐渐降低;然而,当埋深比达到足够大时,掌子面破坏机构的形状趋于稳定,此时掌子面稳定性几乎不再受埋深比的影响;此外,内摩擦角的增大能够减弱埋深比对掌子面稳定性的影响。 展开更多

关键词 盾构隧道 极限分析上限法 掌子面稳定性 安全系数 极限支护压力

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基于离散元方法的千枚岩隧道掌子面稳定性研究 被引量：1

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作者 王启志 张立舟 +2 位作者 朱海明 周成涛 陈林 《现代城市轨道交通》 2024年第7期65-71,共7页

千枚岩隧道在施工过程中由于围岩软弱破碎,易在掌子面附近发生失稳塌方。文章采用颗粒流软件PFC模拟炭质千枚岩三轴试验,标定围岩材料的细观参数,以此构建隧址区三维离散元数值计算模型,模拟隧道在不同开挖进尺和开挖方法下开挖支护全过... 千枚岩隧道在施工过程中由于围岩软弱破碎,易在掌子面附近发生失稳塌方。文章采用颗粒流软件PFC模拟炭质千枚岩三轴试验,标定围岩材料的细观参数,以此构建隧址区三维离散元数值计算模型,模拟隧道在不同开挖进尺和开挖方法下开挖支护全过程,分析隧道开挖后掌子面位移发展规律和开挖扰动区分布范围特征,揭示千枚岩隧道掌子面失稳机理。数值计算结果表明:随开挖进尺的增大,隧道开挖扰动区范围增大;在不同开挖方法中,台阶法的开挖扰动区范围最小。相关研究可为类似软弱破碎围岩隧道的设计和施工提供参考。 展开更多

关键词 千枚岩隧道 掌子面稳定性 离散元方法 PFC 缩尺模型

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水-岩软化作用下巴东组泥岩隧道大断面开挖掌子面稳定性研究

3

作者 谢亦朋 梁雄 +2 位作者 阳军生 彭学军 刘德安 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第S01期274-285,共12页

为明确软弱围岩条件下高速铁路隧道大断面机械化施工过程中的掌子面稳定性特征,以郑万铁路巴东隧道穿越巴东组紫红泥岩段为工程背景,对隧道揭露的巴东组紫红泥岩开展不同含水率下的三轴试验,揭示巴东隧道紫红泥岩的水-岩软化特征;在考虑... 为明确软弱围岩条件下高速铁路隧道大断面机械化施工过程中的掌子面稳定性特征,以郑万铁路巴东隧道穿越巴东组紫红泥岩段为工程背景,对隧道揭露的巴东组紫红泥岩开展不同含水率下的三轴试验,揭示巴东隧道紫红泥岩的水-岩软化特征;在考虑水-岩软化特征的Hoek-Brown强度准则下,构建考虑水-岩软化作用的隧道穿越巴东紫红泥岩地层流-固耦合数值模型,揭示不同地层水位下巴东组紫红泥岩隧道大断面施工掌子面稳定性特征;最终提出“掌子面喷混凝土+掌子面超前锚杆+超前管棚”的组合式超前加固方案。经过试验和模拟计算,结果表明:1)随含水量的增加,巴东隧道紫红泥岩的刚度与抗剪强度显著降低,与既有研究揭示的浅表地层紫红泥岩相比,巴东隧道紫红泥岩具有更高的抗剪强度;2)掌子面后方拱顶沉降、掌子面前方拱顶预收敛、掌子面挤出变形的最大值均随历史水位的升高而增大;3)根据不同地层历史水位条件下开挖面支护力与挤出变形之间的关系,巴东隧道紫红泥岩掌子面稳定性可以分为A(稳定)、B(短期稳定)以及C(不稳定)3类,对于C类掌子面,采用“掌子面喷混凝土+掌子面超前锚杆+超前管棚”的组合式超前加固措施后,掌子面前后方各项变形最大值可以减小60%~90%。 展开更多

关键词 巴东组泥岩 水-岩作用 铁路隧道 大断面开挖 掌子面稳定性 超前加固

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冰水堆积体隧道掌子面稳定性及合理注浆加固参数研究

4

作者 高军 杨佳运 +1 位作者 李鹏飞 关喜彬 《市政技术》 2024年第8期136-141,149,共7页

以西藏自治区林芝市米林隧道穿越冰水堆积体段为背景,建立考虑渗流和不考虑渗流两种情况下的数值模型,对比分析了不同注浆加固参数的隧道掌子面相对挤出变形与强度折减系数的关系。分析结果表明:在考虑渗流和不考虑渗流两种情况下,不同... 以西藏自治区林芝市米林隧道穿越冰水堆积体段为背景,建立考虑渗流和不考虑渗流两种情况下的数值模型,对比分析了不同注浆加固参数的隧道掌子面相对挤出变形与强度折减系数的关系。分析结果表明:在考虑渗流和不考虑渗流两种情况下,不同注浆加固参数与安全系数的曲线趋势一致,开挖面安全系数均随注浆厚度、注浆纵向长度和等效黏聚力的增加而增大,并逐渐趋于稳定,渗透系数对开挖面安全系数影响不大,但考虑渗流情况下的开挖面安全系数远小于不考虑渗流情况。 展开更多

关键词 冰水堆积体隧道 掌子面稳定性 合理注浆加固参数 渗流条件

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砂土地层土压盾构隧道施工掌子面稳定性研究 被引量：26

5

作者 王俊 何川 +2 位作者 王闯 陈子全 唐锐 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期177-185,共9页

土压平衡盾构在自稳性较差的砂土地层施工时若仓内支护压力过小可能诱发掌子面失稳,应引起高度重视。采用三维离散元方法分析了砂土地层土压盾构掘进与停机状态下的掌子面稳定性。研究建立了较为精细的土压盾构机模型并引入盾构动态施... 土压平衡盾构在自稳性较差的砂土地层施工时若仓内支护压力过小可能诱发掌子面失稳,应引起高度重视。采用三维离散元方法分析了砂土地层土压盾构掘进与停机状态下的掌子面稳定性。研究建立了较为精细的土压盾构机模型并引入盾构动态施工过程,充分考虑了刀盘旋转切削土体与面板支撑对掌子面的影响,探讨了刀盘型式、隧道埋深以及刀盘转速等因素对掌子面极限支护压力与失稳区分布的影响规律,并从细观角度解释了砂土地层土压盾构隧道掌子面失稳机理。与既有研究相比,本文考虑了土压盾构动态施工对掌子面稳定性的影响,更加接近工程实际,研究成果可为确保砂土地层土压盾构隧道施工掌子面稳定提供参考。 展开更多

关键词 土压盾构隧道 掌子面稳定性 砂土地层 三维离散元 施工过程

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隧道超前小导管对掌子面稳定性影响分析 被引量：21

6

作者 张蓓 王建鹏 +1 位作者 王复明 董新平 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2009年第4期30-34,共5页

以河南省济(源)邵(原)高速公路王坑隧道为工程背景,利用ANSYS软件建立无超前小导管支护和有超前小导管超前支护两种工况下隧道三维有限元计算模型,通过隧道开挖模拟计算分析超前小导管对掌子面稳定性影响.计算结果表明:相对于无超前小... 以河南省济(源)邵(原)高速公路王坑隧道为工程背景,利用ANSYS软件建立无超前小导管支护和有超前小导管超前支护两种工况下隧道三维有限元计算模型,通过隧道开挖模拟计算分析超前小导管对掌子面稳定性影响.计算结果表明:相对于无超前小导管工况,在有超前小导管工况下掌子面竖向的荷载和竖向应力以及掌子面水平方向位移都有一定程度的减少;改变超前小导管的环向分布范围和管径能够影响超前小导管的支护效果从而改善掌子面的受力情况.以上结果分析表明:超前小导管的存在增强了隧道掌子面的稳定性,使隧道的开挖过程更加安全. 展开更多

关键词 隧道 超前小导管 开挖模拟 掌子面稳定性

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浅埋隧道掌子面稳定性二维自适应上限有限元分析 被引量：19

7

作者 阳军生 张箭 杨峰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期257-264,共8页

为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限... 为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式,提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则,该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限有限元线性规划模型,以多次反复计算和网格加密的方式实现了二维自适应上限有限元分析并编制了计算程序。利用条形基础地基极限承载力课题,从上限解精度和网格加密形态方面验证了该程序的有效性。针对浅埋隧道掌子面稳定性问题,展开多参数条件下的自适应上限有限元计算,分析了网格加密过程中单元总数与上限解精度的关系,列出不同隧道埋深和内摩擦角对应的隧道掌子面稳定性临界值的上限解,揭示出掌子面稳定性变化规律及精细化的破坏模式。 展开更多

关键词 浅埋隧道 掌子面稳定性 上限有限元 6节点三角形单元 破坏模式 网格自适应

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营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面稳定性分析 被引量：13

8

作者 郑泽源 施成华 +2 位作者 雷明锋 彭立敏 曹成勇 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期59-64,共6页

考虑地下水渗透力作用,采用三维数值模拟的方法对营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面的稳定性进行研究,对比分析未注浆加固与注浆加固两种情况掌子面的稳定性。研究结果表明:未注浆加固时,隧道施工掌子面的稳定性不能满足要求;注浆... 考虑地下水渗透力作用,采用三维数值模拟的方法对营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面的稳定性进行研究,对比分析未注浆加固与注浆加固两种情况掌子面的稳定性。研究结果表明:未注浆加固时,隧道施工掌子面的稳定性不能满足要求;注浆加固后,围岩及掌子面的稳定性得到显著提高,其安全性能够满足要求;注浆加固起到了明显的堵水作用,改善了初支的受力状态,有效地控制了围岩位移,缩小了围岩及掌子面的塑性区范围,其对提高围岩及掌子面稳定性效果显著。 展开更多

关键词 湘江隧道 水下隧道 流固耦合 掌子面稳定性

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散粒体地层土压盾构掘进掌子面稳定性研究 被引量：7

9

作者 王俊 聂亮 +1 位作者 向龙 何川 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期128-135,共8页

采用三维离散元方法开展了考虑动态掘进过程条件下的散粒体地层土压盾构掌子面稳定性研究。首先建立与文献[14]室内模型试验相匹配的三维离散元模型,通过对比两者之间结果验证数值方法的合理性,然后采用验证的数值方法建立原型土压盾构... 采用三维离散元方法开展了考虑动态掘进过程条件下的散粒体地层土压盾构掌子面稳定性研究。首先建立与文献[14]室内模型试验相匹配的三维离散元模型,通过对比两者之间结果验证数值方法的合理性,然后采用验证的数值方法建立原型土压盾构模型并在散粒体地层中掘进,探讨隧道埋深、地层特性以及施工扰动等因素对掌子面稳定性的影响规律,并从颗粒运动层面解释隧道失稳机理。研究结果表明:盾构施工过程削弱掌子面稳定性,极限支护压力pf增加,影响程度与面板开口率和掘进状态相关。pf随土体内摩擦角增大而减小,砂土和砂卵石中pf随隧道埋深线性增加。当隧道埋深较大时,密实砂卵石地层中pf基本不再变化。当埋深较浅时,失稳区发展至地表,覆土厚度较大时拱顶上方形成稳定塌落拱,失稳区分布范围随内摩擦角增大而减小。研究成果对散粒体地层中修建盾构隧道确保掌子面稳定具有指导意义。 展开更多

关键词 散粒体地层 掌子面稳定性 盾构施工 三维离散元 土压平衡盾构

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郑万高铁大断面岩质隧道掌子面稳定性评价及控制措施 被引量：15

10

作者 刘大刚 姚萌 张霄 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2018年第8期1311-1315,共5页

为建立施工阶段大断面隧道掌子面稳定性评价方法,结合郑万高铁大型机械化特点,对郑万高铁湖北段隧道掌子面地质信息进行统计分析,将掌子面稳定性分为A整体稳定、B局部掉块、C上半断面不稳定和D全断面不稳定4个级别,并建立以岩石坚硬程... 为建立施工阶段大断面隧道掌子面稳定性评价方法,结合郑万高铁大型机械化特点,对郑万高铁湖北段隧道掌子面地质信息进行统计分析,将掌子面稳定性分为A整体稳定、B局部掉块、C上半断面不稳定和D全断面不稳定4个级别,并建立以岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水状态3个指标的掌子面稳定性定性分级方法,得出围岩级别与掌子面稳定性的对应关系。研究结果表明:1)岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水状态是围岩分级指标中使用率最高的3个指标;2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩的掌子面稳定性为A级。 展开更多

关键词 郑万高铁大断面隧道 掌子面稳定性分级 岩石坚硬程度 岩体完整程度 地下水状态 超前支护

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纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性分析 被引量：4

11

作者 李汉愿 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期3150-3156,共7页

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,并结合纯黏土特性,提出一种改进的破坏模型,用于分析纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性。所提出破坏模型可分为2部分:交叉层部分破坏模型为三维旋转破坏机制的一部分,覆盖层部分破坏模型是基于太沙基地应... 针对玉磨铁路的太达村隧道工程,并结合纯黏土特性,提出一种改进的破坏模型,用于分析纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性。所提出破坏模型可分为2部分:交叉层部分破坏模型为三维旋转破坏机制的一部分,覆盖层部分破坏模型是基于太沙基地应力理论。基于所提出破坏模型,采用非线性最小优化算法fminsearch获得掌子面极限支护压力值。研究结果表明:所提出的改进破坏机制能够大大提高极限支护压力的严格下限值,提升幅度约9%~19%;所提出模型获得的极限支护压力下限值略小于实际监测值;隧道掌子面极限支护压力值随黏聚力的增大而线性减小。 展开更多

关键词 太沙基地应力理论 三维旋转破坏机制 纯黏土 浅埋隧道 掌子面稳定性

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砂卵石地层矿山法施工隧道掌子面稳定性评价方法 被引量：4

12

作者 王玉锁 阳超 +2 位作者 张雪松 张浩 何锁宋 《铁道建筑》 北大核心 2020年第12期57-60,共4页

依托成都地铁9号线武青车辆段出段线隧道工程,利用FIAC软件建立隧道开挖计算模型,引入基于摩尔-库仑准则的砂类土围岩基本质量指标SBQ和卵石土围岩基本质量指标GBQ,评价砂卵石地层矿山法施工隧道掌子面的稳定性。结果表明:由于抗剪强度... 依托成都地铁9号线武青车辆段出段线隧道工程,利用FIAC软件建立隧道开挖计算模型,引入基于摩尔-库仑准则的砂类土围岩基本质量指标SBQ和卵石土围岩基本质量指标GBQ,评价砂卵石地层矿山法施工隧道掌子面的稳定性。结果表明:由于抗剪强度的差异,同一围岩级别(亚级)下由同一公式计算得到的GBQ>SBQ,即卵石土稳定性要优于砂类土;对于覆土厚10 m、最大跨度6.7 m、循环进尺0.5 m的网喷钢拱架支护砂卵石地层隧道,当SBQ≥0.79(Ⅳ2级及稳定性更好围岩)或GBQ≥0.87(Ⅴ1级及稳定性更好围岩)时隧道可采用全断面法开挖,当0.64≤SBQ<0.79(Ⅴ1级围岩)时须采取台阶法+留核心土的方法开挖,当SBQ<0.64或GBQ<0.87(Ⅴ2级及稳定性更差围岩)时须采取超前支护+台阶法+留核心土的方法开挖。 展开更多

关键词 地铁 掌子面稳定性 数值模拟 砂卵石地层 矿山法施工隧道 围岩基本质量指标

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渗透力对新奥法隧道掌子面稳定性的影响 被引量：6

13

作者 黄戡 安永林 +4 位作者 岳健 曾贤臣 李佳豪 张艺杰 王栋 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1221-1228,共8页

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... 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。 展开更多

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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基于突变理论的第三系弱胶结砾岩掌子面稳定性 被引量：4

14

作者 朱举 乔春生 +2 位作者 宋仪 陈松 邓斌 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期321-327,共7页

为了评价第三系弱胶结砾岩掌子面稳定性,基于突变理论对强度折减法进行改进,提出了适合砾岩掌子面稳定性评价的失稳判据,结合室内试验,采用数值方法研究了颗粒级配和胶结程度对掌子面稳定性的影响.结果表明,位移判据最适用于掌子面稳定... 为了评价第三系弱胶结砾岩掌子面稳定性,基于突变理论对强度折减法进行改进,提出了适合砾岩掌子面稳定性评价的失稳判据,结合室内试验,采用数值方法研究了颗粒级配和胶结程度对掌子面稳定性的影响.结果表明,位移判据最适用于掌子面稳定性分析,通过分析掌子面不同特征点的安全系数可以判断掌子面破坏形式,选择最易失稳点得到掌子面的安全系数.弱胶结砾岩掌子面安全系数为3.79,极弱胶结砾岩掌子面安全系数均小于1,掌子面开挖前必须进行超前支护.胶结程度是影响弱胶结砾岩掌子面稳定性的决定性因素,胶结程度一致时,增加砾岩中砾石含量能显著提高掌子面自稳能力.第三系弱胶结砾岩掌子面拱底处为最不稳定点,掌子面失稳破坏时首先表现为拱底隆起. 展开更多

关键词 突变理论 弱胶结砾岩 颗粒级配 胶结程度 失稳判据 掌子面稳定性

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超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析 被引量：32

15

作者 陈峥 何平 +2 位作者 颜杜民 高红杰 聂奥祥 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期2154-2162,共9页

软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法开考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全... 软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法开考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全系数的目标函数,开利用Matlab编制程序求解该函数以此判断隧道稳定性。与模型试验结果和已有理论研究成果对比分析,验证了计算方法的合理性,同时分析了影响隧道稳定安全系数的各个因素。研究结果表明:围岩黏聚力、内摩擦角的增加,掌子面锚杆、拱部超前支护的施作对提高围岩稳定性有显著的作用,而初期支护未支护段长度、开挖高度的增加不利于围岩的稳定;在围岩内摩擦角较小时,分台阶开挖降低开挖高度提高隧道稳定性的效果更好;在围岩内摩擦角较大时,掌子面锚杆加固强度的增加对隧道稳定性提高的作用更显著。最后给出了超前支护的施工设计建议图,可为工程中初步确定超前支护参数和施工方法提供参考。 展开更多

关键词 掌子面稳定性 极限分析上限法 稳定安全系数 超前支护

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砂土条件下加固隧道掌子面稳定性研究 被引量：3

16

作者 贺祚 杨栋 +5 位作者 陈顿 刘志强 张晋龙 郑加勇 孙立武 程杰 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期468-475,共8页

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,结合普氏压力拱理论并参照三维旋转破坏机制,提出考虑土供效应条件下改进的三维旋转破坏模型对砂土条件下隧道掌子面稳定性进行研究。所提出的破坏模型可分为2部分:1)位于交叉层的旋转破坏部分;2)位于覆... 针对玉磨铁路的太达村隧道工程,结合普氏压力拱理论并参照三维旋转破坏机制,提出考虑土供效应条件下改进的三维旋转破坏模型对砂土条件下隧道掌子面稳定性进行研究。所提出的破坏模型可分为2部分:1)位于交叉层的旋转破坏部分;2)位于覆盖层的拱形破坏部分。基于本文所提出的改进破坏模型,采用岩土-锚杆模型对加固隧道掌子面稳定性进行研究。结果表明:1)通过与现有研究结果对比可知,本文所提出模型是可靠的,且更适合砂土隧道掌子面稳定性分析;2)通过结合具体的工程,可知本文所提出方法能够有效指导实际隧道工程砂土段隧道掌子面加固设计和施工。 展开更多

关键词 普氏压力拱理论 土供效应 隧道掌子面稳定性 岩土-锚杆模型 安全系数

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复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究 被引量：6

17

作者 刘继强 陈晓庆 +1 位作者 张晓东 乔亚飞 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第S01期19-27,共9页

为研究复杂地层条件下泥水压力对掌子面稳定性的影响,依托连续穿越全断面软弱地层、上软下硬地层以及全断面微风化岩层的妈湾海底大直径泥水盾构隧道,分别建立不同地层条件下掌子面稳定性分析三维数值模型,得到掌子面位移分布规律及极... 为研究复杂地层条件下泥水压力对掌子面稳定性的影响,依托连续穿越全断面软弱地层、上软下硬地层以及全断面微风化岩层的妈湾海底大直径泥水盾构隧道,分别建立不同地层条件下掌子面稳定性分析三维数值模型,得到掌子面位移分布规律及极限支护应力比。此外,由于既有研究常采用矩形荷载模式对泥水压力进行简化,对比分析实际梯形荷载模式及简化矩形荷载模式对掌子面稳定性分析的差异。结果表明:1)全断面软弱地层中掌子面位移分布呈现"中间均匀,两端分化"形态,上软下硬地层中自拱顶向拱底大致线性减小;2)采用切线交汇法获得掌子面的极限支护应力比全断面软弱地层最大,上软下硬地层次之,全断面微风化岩层中最小;3)掌子面在梯形荷载分布情况下上部土体位移远大于矩形荷载分布情况,且得到的极限支护应力比大于矩形荷载分布,计算中忽略泥水容重影响是不合理的。 展开更多

关键词 大直径泥水盾构隧道 掌子面稳定性 泥水压力 复杂地层 数值分析

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考虑纵坡的隧道掌子面稳定性上限有限元分析 被引量：4

18

作者 李少庭 《中外公路》 北大核心 2019年第5期188-193,共6页

针对存在纵坡条件下的隧道掌子面稳定性和失稳破坏问题,采用高阶塑性变形单元上限有限元法开展多参数影响正交计算分析,获得临界加载系数Ncr上限解图表与拟合公式及以耗散能密度表征的破坏模式规律。研究表明:①纵向坡度对掌子面稳定性... 针对存在纵坡条件下的隧道掌子面稳定性和失稳破坏问题,采用高阶塑性变形单元上限有限元法开展多参数影响正交计算分析,获得临界加载系数Ncr上限解图表与拟合公式及以耗散能密度表征的破坏模式规律。研究表明:①纵向坡度对掌子面稳定性有不可忽视的影响,上坡(坡度角θ=10°)方向对应Ncr值小于平坡条件下4.5%~23.1%,内摩擦角φ越大相对降低量越大;②Ncr随φ增加而逐渐增大,φ较大时需考虑剪胀效应对稳定性的影响;③失稳临界状态发生时隧道掌子面由两条主要剪切带、三角形刚性运动楔形区和前方塑性区组成,上坡条件下(θ=10°)剪切带和塑性区旋转,剪切带与塑性区路径、范围减小,从而掌子面稳定性变差。 展开更多

关键词 掌子面稳定性 纵向坡度 上限有限元 剪胀 临界加载系数 破坏模式

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考虑岩墙厚度的大断面隧道掌子面稳定性分析 被引量：1

19

作者 梅卫锋 黎浩 《公路工程》 北大核心 2020年第2期200-206,共7页

基于道吾山隧道施工过程中发生的突水灾害,建立了三维情况下掌子面前方岩墙的力学计算模型,推导了突泥突水下隧道掌子面岩墙厚度的计算公式,与极限分析上限法进行了对比分析,并对各计算参数的影响进行了分析;根据隧道已有的力学参数,计... 基于道吾山隧道施工过程中发生的突水灾害,建立了三维情况下掌子面前方岩墙的力学计算模型,推导了突泥突水下隧道掌子面岩墙厚度的计算公式,与极限分析上限法进行了对比分析,并对各计算参数的影响进行了分析;根据隧道已有的力学参数,计算了不同溶腔压力作用下,隧道掌子面前方岩墙的最小安全厚度;运用数值分析了不同岩墙厚度下隧道掌子面前方溶腔的临界压力值,通过对比分析了数值模拟结果与理论计算结果,验证了这一方法对于研究隧道前方存在有压溶腔的掌子面稳定性具有一定意义。 展开更多

关键词 极限平衡 岩墙厚度 冲切破坏 数值模拟 掌子面稳定性

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大断面公路隧道掌子面稳定性研究

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作者 秦晋芳 《黑龙江交通科技》 2023年第4期118-120,共3页

以某大断面公路隧道工程为研究对象,有限元分析了不同影响因素对掌子面变形的影响规律。研究表明,掌子面位移在沿着掌子面高度呈“弧形”向洞内挤出。当两车道隧道埋深为5倍隧道跨径时,Ⅰ~Ⅲ级围岩掌子面位移峰值发生在0.35 H,Ⅳ~Ⅵ级... 以某大断面公路隧道工程为研究对象,有限元分析了不同影响因素对掌子面变形的影响规律。研究表明,掌子面位移在沿着掌子面高度呈“弧形”向洞内挤出。当两车道隧道埋深为5倍隧道跨径时,Ⅰ~Ⅲ级围岩掌子面位移峰值发生在0.35 H,Ⅳ~Ⅵ级围岩掌子面位移峰值发生在0.55 H。当围岩为V级时,掌子面位移峰值发生位置逐渐上移,三、四车道隧道围岩掌子面位移峰值发生在0.69 H,且掌子面水平位移引起核心区域围岩向隧道内移动,从而导致核心区域拱顶沉降更大。埋深为5倍隧道跨径的两车道隧道掌子面最大位移和围岩等级符合一元三次方程。隧道围岩等级为Ⅰ和Ⅱ级时,隧道掌子面无塑性区或塑性区很小;Ⅲ和Ⅳ围岩等级下,塑性区范围增大至1/2 D附近。 展开更多

关键词 公路隧道 掌子面稳定性 围岩等级 隧道埋深

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