基底均匀膨胀作用下黄土-泥岩复合地层隧道衬砌力学响应研究

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作者 梁庆国 李景 +2 位作者 张崇辉 刘彤彤 孙志涛 《岩土力学》 北大核心 2025年第6期1811-1824,共14页

黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时,地下水重分布并易于富集于仰拱底部,泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓,而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试... 黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时,地下水重分布并易于富集于仰拱底部,泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓,而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试采用在仰拱底部施加位移的方式模拟泥岩膨胀作用,依托甘肃天水某隧道,开展了纯泥岩地层与交界面位于拱腰处的黄土−泥岩复合地层隧道基底均匀膨胀作用下的底鼓模型试验。分析了两种工况下衬砌内力、变形及破坏特征的差异性,并将模型试验与数值模拟结果进行了对比。结果表明:(1)模型底部加载强制位移引起的膨胀变形可分为基底土体压密阶段和基底位移等效传递阶段两个阶段。(2)由于泥岩与黄土弹性模量比值约为2:1,相较之下,交界地层中上覆黄土刚度较小,对衬砌变形约束效果弱,仰拱隆起位移更大;交界面处拱腰更易向外扩张,扩张变形达9.2 mm,约为纯泥岩地层的3倍;交界面附近衬砌截面处易产生应力集中现象。(3)在两种地层中,仰拱及拱脚位置均表现出易于产生裂缝和损坏的特性。此外,在交界地层中,衬砌拱肩部位同样显示出较高的开裂风险,并且拱脚处的裂缝有向拱腰部位扩展的趋势。(4)相较于纯泥岩地层,交界地层中交界面附近黄土对仰拱底鼓作用具有荷载释放效应,交界面处黄土压缩吸收部分底鼓作用力,因此,上覆黄土地层可延后填充层发生受拉临界破坏的时间。其研究结果可为类似交界地层隧道的理论分析、设计与施工提供参考。 展开更多

关键词 仰拱底鼓 交界地层 模型试验 数值模拟

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煤系岩层真三轴水力压裂裂缝扩展规律研究

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作者 马军强 李学华 +4 位作者 张佳琦 姚强岭 种照辉 杨森 袁钰鑫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期28-53,共26页

为掌握水力裂缝遇到岩层界面时由于岩性突变引起的裂缝扩展轨迹变化规律,通过真三轴水力压裂试验和直流电阻率法反演,研究了不同岩性组合模式下煤系岩层水力裂缝的扩展行为,揭示了地应力、岩性强度差异和岩层界面强度对水力裂缝扩展轨... 为掌握水力裂缝遇到岩层界面时由于岩性突变引起的裂缝扩展轨迹变化规律,通过真三轴水力压裂试验和直流电阻率法反演,研究了不同岩性组合模式下煤系岩层水力裂缝的扩展行为,揭示了地应力、岩性强度差异和岩层界面强度对水力裂缝扩展轨迹的影响机制。研究结果表明:煤系岩层水力裂缝形态具有明显的非对称特征,有单一、交叉、“T”形、“十”形、“工”形、“干”形和复杂裂缝7种模式。水力压裂压力曲线可划分为快速增大至起裂压力、压力突降、稳定波动和停泵后压力降低4个阶段,水力裂缝延伸遇到天然裂缝或岩层界面时压力曲线会出现明显的波动,压力突降值与水力裂缝的复杂程度呈负相关。地应力对水力裂缝的控制作用与最大主应力方向和垂直应力差异系数有关,当垂直应力为最大主应力时,垂直应力差异系数越大,水力裂缝越易穿过界面继续垂向扩展。岩性强度差异对水力裂缝扩展轨迹的影响表现为当水力裂缝由软岩中起裂扩展至岩层界面时,其扩展轨迹多为停止和沿着岩层界面扩展;当水力裂缝在硬岩中起裂时,岩性强度差异ΔS越大,越容易穿过岩层界面继续垂向扩展,反之,则易沿着岩层界面扩展。 展开更多

关键词 煤系岩层 水力压裂 岩性组合模式 岩层界面 裂缝扩展

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基于随钻参数响应特征的巷道顶板岩层界面识别方法研究

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作者 李点尚 刘灿灿 +3 位作者 王传兵 任波 任帅 康志鹏 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期95-104,共10页

为实现煤矿地质透明化,促进煤矿智能化发展进程,解决传统岩层界面识别方法速度慢、成本高以及精度差的难题,围绕岩层界面智能识别进行研究。首先,在实验室内浇筑地层模型,通过自主研制的随钻装置开展位移、转速、扭矩和声压级等参数的... 为实现煤矿地质透明化,促进煤矿智能化发展进程,解决传统岩层界面识别方法速度慢、成本高以及精度差的难题,围绕岩层界面智能识别进行研究。首先,在实验室内浇筑地层模型,通过自主研制的随钻装置开展位移、转速、扭矩和声压级等参数的实时采集;其次,采用指数加权损失函数自动过滤位移数据异常值,提出钻速计算方法;然后,用变点检测算法、RStudio软件的Strucchange模型和决策树算法分析钻速、转速、声压级和扭矩等参数,对比分析其识别岩层界面的准确性;最后,在2种典型的地质条件下进行岩层界面随钻识别效果分析。结果表明:以钻速为输入参数,决策树算法是快速准确识别岩层界面的最佳方式;现场试验中煤岩界面位置预测的平均误差为0.04 m,但对于复合顶板岩层界面识别准确性相对较低。 展开更多

关键词 巷道顶板 钻进参数 岩层界面随钻探测 煤岩界面 钻孔

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黏土-金属界面剪切黏附特性试验研究 被引量：1

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作者 陈海勇 孙影杰 +3 位作者 施成华 王祖贤 郑晓悦 周天顺 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3873-3886,共14页

为解决高黏性地层盾构刀盘结泥饼而导致盾构掘进不畅的问题,针对高岭土、蒙脱土和伊利土3种典型黏土,采用多功能联合扭转剪切试验仪,通过不固结不排水剪切黏附试验系统性探究稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率等因素对土壤-金属... 为解决高黏性地层盾构刀盘结泥饼而导致盾构掘进不畅的问题,针对高岭土、蒙脱土和伊利土3种典型黏土,采用多功能联合扭转剪切试验仪,通过不固结不排水剪切黏附试验系统性探究稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率等因素对土壤-金属界面剪切黏附特性的影响规律,分析3种黏土界面黏附特性的差异性。同时建立高岭土剪切黏附强度与显著影响因素的回归模型,并通过预测值与实测值对比验证回归方程的准确性。进一步采用正交试验探究稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率和圆盘材料对高岭土剪切黏附强度的影响规律及其显著性水平。研究结果表明:随着稠度指数的减小,高岭土、蒙脱土、伊利土剪切黏附强度均呈“钟型曲线”变化,即先增大再减小,最后趋于稳定;当稠度指数为1.2时,剪切黏附强度达到峰值;稠度指数减小到0.6时,剪切黏附强度稳定在10 kPa左右;在3种典型黏土中,蒙脱土黏附潜能最大,法向应力为300 kPa时,蒙脱土剪切黏附峰值强度分别是高岭土和伊利土的2.2和2.8倍。剪切黏附强度与法向应力和旋转速率近似呈线性正相关,且法向应力和旋转速率对蒙脱土剪切黏附强度的影响最为显著;剪切黏附强度可近似认为由剪切破裂面上的黏聚力和摩擦阻力组成,高黏粒含量土体的剪切黏附强度主要来源于黏聚力,摩擦阻力贡献较小,但摩擦阻力贡献占比随法向应力的增大而提高;随着土体中黏粒含量降低,剪切黏附强度构成中摩擦阻力逐渐占据主导作用。这些因素影响显著性排序从大到小依次为稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率、圆盘材料。研究结果可为进一步优化高黏性地层盾构刀盘泥饼防治措施提供参考。 展开更多

关键词 黏土-金属界面 剪切黏附强度 高黏性地层 正交试验 回归分析

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软硬地层接触面倾角对盾构隧道纵向力学性能的影响

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作者 柴少波 胡军 +3 位作者 周永强 刘晋豪 严一凡 付晓东 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期135-146,共12页

针对现有盾构隧道纵向力学性能研究中较少考虑纵向穿越软硬变化地层,且接触面倾角影响规律尚不清晰的问题,基于实际工程建立盾构隧道-地层三维纵向精细化模型,并提出一种同时考虑管片错缝拼装、纵环向螺栓、地层与隧道接触面真实力学性... 针对现有盾构隧道纵向力学性能研究中较少考虑纵向穿越软硬变化地层,且接触面倾角影响规律尚不清晰的问题,基于实际工程建立盾构隧道-地层三维纵向精细化模型,并提出一种同时考虑管片错缝拼装、纵环向螺栓、地层与隧道接触面真实力学性能的精细化模拟方法;采用改进的Timoshenko梁理论验证模型可靠性,并分析穿越软硬变化地层盾构隧道的纵向力学性能,探讨地层接触面倾角的影响规律。结果表明:盾构隧道沉降量在软硬地层接触面急剧变化并在软硬地层两端趋于稳定,隧道两侧沉降差异在倾角为30°和150°时更为显著;管片张开和错台量集中分布于软硬地层接触面附近,分布范围随倾角增大逐渐向软土层侧移动,最大管片张开和错台量在倾角120°时最大,分别为0.183和1.270 mm;倾角对盾构隧道纵向内力影响较大,大于90°后影响逐渐显著;纵向上,管片纵向螺栓和地层-隧道接触面的变形更为显著。研究结果可为进一步发展盾构隧道纵向分析方法和保障此类盾构隧道的安全运营提供参考。 展开更多

关键词 盾构隧道 软硬地层 接触面倾角 纵向力学性能 精细化模型

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河流相地层高精度地层构型界面形成机制及识别方法 被引量：14

6

作者 纪友亮 周勇 +2 位作者 吴胜和 史长林 岳大力 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期8-15,共8页

分析了河流相单砂层级别的高精度地层构型界面的形成机制及河流相自旋回对异旋回的改造和影响,总结了单砂层级别高精度地层构型界的识别标志,及在异旋回控制下进行自旋回对比高精度地层构型界面的对比方法。结果表明:一个单层主要由河... 分析了河流相单砂层级别的高精度地层构型界面的形成机制及河流相自旋回对异旋回的改造和影响,总结了单砂层级别高精度地层构型界的识别标志,及在异旋回控制下进行自旋回对比高精度地层构型界面的对比方法。结果表明:一个单层主要由河道侵蚀前期沉积物掠夺可容空间并逐渐充填、洪水期形成洪泛泥岩后形成;共有5种河道砂体的叠置模式和对比模式,而且河道砂体的叠置模式受可容空间增加速率与沉积物供应速率比值控制。 展开更多

关键词 河流相地层 单层 界面形成机制 界面识别 方法

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陆相盆地基准面旋回的级次划分和研究意义 被引量：448

7

作者 郑荣才 彭军 吴朝容 《沉积学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期249-255,共7页

高分辨率层序地层学理论及其技术方法在陆相盆地层序分析中的应用 ,关键技术之一是识别和划分不同成因的界面与不同级次的基准面旋回。文中以数个不同构造性质的湖盆为例 ,在盆地构造—沉积演化序列中识别出 6种受不同因素控制 ,具不同... 高分辨率层序地层学理论及其技术方法在陆相盆地层序分析中的应用 ,关键技术之一是识别和划分不同成因的界面与不同级次的基准面旋回。文中以数个不同构造性质的湖盆为例 ,在盆地构造—沉积演化序列中识别出 6种受不同因素控制 ,具不同成因特征、发育规模和识别标志的界面类型 ;以界面的成因特征及其差异性为依据 ,提出基准面巨旋回、超长期旋回、长期旋回、中期旋回、短期旋回和超短期旋回 6个级次的划分方案 ,建立了各级次旋回的划分标准和厘定了各级次旋回的时间跨度 ,并认为前 3个低频长周期旋回主要受构造因素控制 ,后 3个高频短周期旋回主要受天文因素控制 ; 展开更多

关键词 高分辨率层序地层 地层基准面 旋回界面 旋回级别 地层格架 陆相盆地 识别标志

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沉积界面控制的三角洲前缘精细地层对比方法 被引量：16

8

作者 严科 毕义泉 赵红兵 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期35-40,190-191,共6页

针对三角洲前缘岩性变化大,旋回性对比易产生多解性的问题,以东营凹陷胜坨油田沙二段8砂组三角洲前缘为例,提出了以沉积界面为约束的精细地层对比方法。将三角洲前缘地层中的沉积界面按规模大小划分为五级,采用沉积界面逐级识别和界面... 针对三角洲前缘岩性变化大,旋回性对比易产生多解性的问题,以东营凹陷胜坨油田沙二段8砂组三角洲前缘为例,提出了以沉积界面为约束的精细地层对比方法。将三角洲前缘地层中的沉积界面按规模大小划分为五级,采用沉积界面逐级识别和界面趋势逐级借鉴的原则,通过五级界面的识别与对比建立复合成因砂体格架,通过四级、三级界面的识别和对比建立单一成因砂体及增生体格架。研究表明:三角洲前缘地层中各级沉积界面的分布主要受古地形控制,且具有继承性,在古地形平坦条件下以近水平产状为主,在坡折带则以倾斜产状为主。受沉积界面控制,三角洲前缘复合成因砂体、单一成因砂体以及增生体总体上表现为低角度前积特征,但在坡折带具有高角度前积特征。利用沉积界面逐级对比方法建立的地层格架具有沉积学的意义,能够客观反映三角洲前缘对湖盆的充填过程。 展开更多

关键词 三角洲前缘 地层对比 沉积界面 建筑结构 胜坨油田

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蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究 被引量：5

9

作者 王志杰 李瑞尧 +3 位作者 徐海岩 唐力 徐君祥 周平 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2018年第9期1435-1445,共11页

为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的... 为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的影响。结果表明:1)相对单一地层,土砂分界地层会影响洞周应力分布,分界面处围岩容易先出现塑性区,且土砂分界地层围岩变形性质与软弱的全砂岩地层更为接近; 2)在土砂分界地层分界面处会产生较大的水平收敛,易出现拉应力; 3)土砂分界地层中,随着砂层所占比例的增大,拱顶沉降和洞周收敛不断增大,且分界面所在台阶处支护结构的应力发展会提前达到更高的峰值; 4)当分界面出现在上台阶时,围岩会产生极大的塑性变形,支护结构承受相对较大的应力,是土砂分界地层中最不利的分界情形。 展开更多

关键词 铁路隧道 土砂分界地层 围岩稳定性 现场试验 室内试验 数值试验

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基于水平集的复杂三维地层模型建模及在地下工程中的应用研究 被引量：6

10

作者 夏艳华 白世伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1445-1450,共6页

由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象,在三维地层建模时,为了表达这些现象,无论是面模型还是体模型或混合模型,都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题,使得这些模型在... 由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象,在三维地层建模时,为了表达这些现象,无论是面模型还是体模型或混合模型,都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题,使得这些模型在实际建模过程中常常失效。运用水平集理论可以有效解决这一问题,水平集用隐函数表达曲面(或超曲面),可以实现复杂地质体的表达及并、交、差等拓扑运算。在三维地层建模中,插值生成各种地质界面后,用水平集表达这些地质界面,利用水平理论完成各种复杂的拓扑操作,建立以水平集表达的三维地层模型。在此基础上,插入水平集表达的各种工程活动界面,利用水平集理论进行拓扑操作,可构建各种工程活动后的地层模型。再利用Marching cube算法抽取各种地质界面或工程活动界面,构建可用于实时可视化或用于工程评估(如有限元计算)等的NMTINF-BR地层模型或工程活动后的NMTINF-BR地层模型。 展开更多

关键词 三维地层建模 地质界面 水平集 MARCHING CUBE算法 NMTINF-BR模型

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下扬子海相地层地震内幕反射的地质成因 被引量：12

11

作者 邱旭明 《石油与天然气地质》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期397-403,共7页

下扬子海相地层地震内幕反射的资料品质区域上存在较大差异。通过对钻井资料、地层沉积成岩特征和地层速度分析,认为该区下古生界因成岩作用强烈,没有明显的速度界面,难以形成好的地震反射;而上古生界石炭-二叠系内部存在多个明显的速... 下扬子海相地层地震内幕反射的资料品质区域上存在较大差异。通过对钻井资料、地层沉积成岩特征和地层速度分析,认为该区下古生界因成岩作用强烈,没有明显的速度界面,难以形成好的地震反射;而上古生界石炭-二叠系内部存在多个明显的速度界面,能形成较强的地震反射。海相地层地震内幕反射资料品质受石炭-二叠系的残存状况、构造变形等因素控制,在南黄海部分构造变形较弱地区,石炭-二叠系可以形成连续强反射;在苏皖陆上构造变形较强地区,主要形成断续反射;而在石炭-二叠系缺失地区,地震资料品质普遍较差,多为杂乱反射。有石炭-二叠系残存的地区和构造变形相对较弱的地区为地震攻关的主要目标区。 展开更多

关键词 速度界面 地震反射 构造变形 石炭-二叠系 海相地层 下扬子地区

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穿层深孔爆破煤-岩界面装药增透试验研究 被引量：2

12

作者 王道阳 申夏夏 +2 位作者 杨雷 马怀田 黄文尧 《煤炭工程》 北大核心 2015年第12期48-51,共4页

为了研究高瓦斯低透气性煤层穿层深孔爆破增透效果,以淮南丁集煤矿13-1煤层为工程背景,提出了煤-岩界面装药穿层爆破的方法,设计了爆破增透的实物模型,运用超动态测试系统分别实测了模型装药爆炸后煤与岩各层的爆炸波信号,观察了裂隙的... 为了研究高瓦斯低透气性煤层穿层深孔爆破增透效果,以淮南丁集煤矿13-1煤层为工程背景,提出了煤-岩界面装药穿层爆破的方法,设计了爆破增透的实物模型,运用超动态测试系统分别实测了模型装药爆炸后煤与岩各层的爆炸波信号,观察了裂隙的分布情况。结果表明:应力波在界面处反射拉伸使煤-岩界面分离,岩层中裂隙与瓦斯抽采孔贯通,形成了立体网状的瓦斯通道,有利于瓦斯抽采,该技术为高瓦斯低透气性煤层穿层爆破增透提供了重要的理论依据和实用价值。 展开更多

关键词 穿层深孔爆破 模型爆破试验 煤-岩界面装药 瓦斯通道 装药技术

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土岩接触复杂地层中接触面力学性质研究 被引量：1

13

作者 张朝晖 娄宗科 《人民长江》 北大核心 2010年第17期16-18,36,共4页

为了探讨在土、岩地层中隧道工程施工引起的塌方问题,以宝天高速公路隧道工程为例,通过室内常规土的物理力学性质指标测试,土、岩接触面直剪试验,研究了土、岩接触地层中接触面的力学性质,得到不同含水率、不同固结压力下土、岩接触面... 为了探讨在土、岩地层中隧道工程施工引起的塌方问题,以宝天高速公路隧道工程为例,通过室内常规土的物理力学性质指标测试,土、岩接触面直剪试验,研究了土、岩接触地层中接触面的力学性质,得到不同含水率、不同固结压力下土、岩接触面的抗剪强度参数。研究表明:①土、岩接触面中岩侧具有一定阻渗作用;②随着含水率的增大,土、岩接触面的粘聚强度减小,而摩擦强度变化较小。 展开更多

关键词 土、岩接触地层 接触面 力学性质 粘聚强度 摩擦强度

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东海陆架盆地南部中生界的残留厚度 被引量：4

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作者 丛尧 刘展 +2 位作者 陆凯 孟祥君 张雪峰 《海洋地质前沿》 CSCD 2017年第5期39-44,共6页

以最新的地震资料和重力资料为基础,结合钻井数据,采用密度多界面同时反演方法,得到了东海陆架盆地南部中生界顶底界面的埋深,据此编制了中生界残留厚度图。在此基础上,结合构造单元对中生界展布特征进行了分析。结果表明:除在雁荡低凸... 以最新的地震资料和重力资料为基础,结合钻井数据,采用密度多界面同时反演方法,得到了东海陆架盆地南部中生界顶底界面的埋深,据此编制了中生界残留厚度图。在此基础上,结合构造单元对中生界展布特征进行了分析。结果表明:除在雁荡低凸起构造高点局部缺失外,东海陆架盆地南部中生代地层分布广泛;中生界残留厚度在各个构造单元分布不均,但总体上具有"西北薄东南厚、南北分块"的特征,东部基隆凹陷为整个研究区的沉降中心。 展开更多

关键词 东海陆架盆地 中生界 残留厚度 密度界面反演

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矩形顶管管周差异摩阻力对地层纵向水平位移的影响 被引量：3

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作者 兰彬 张鹏 +1 位作者 张云龙 闫雪峰 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期215-221,共7页

矩形顶管施工过程中管周摩阻力是引起周围土体扰动的重要影响因素。为了更加准确地预测矩形顶管施工对地层位移的影响,结合管节受力分析和泥浆运动规律,假定“U”字形泥浆套状态,基于弹性力学Mindlin解建立土体水平位移计算公式,对正面... 矩形顶管施工过程中管周摩阻力是引起周围土体扰动的重要影响因素。为了更加准确地预测矩形顶管施工对地层位移的影响,结合管节受力分析和泥浆运动规律,假定“U”字形泥浆套状态,基于弹性力学Mindlin解建立土体水平位移计算公式,对正面附加应力、管周摩阻力等因素引起的地层纵向水平位移进行计算,最后与苏州某矩形顶管工程实测值进行对比分析。结果表明:在顶管机头顶进穿过某一断面前,正面附加应力对周围土体的影响大于管周差异摩阻力,而在穿过该断面后,由于管节数量的增多以及已穿过部分的管节管周摩阻力产生的“拉力”作用,后者的累计影响占比逐渐大于前者;管周差异摩阻力情况下比管周均一摩阻力情况下的计算值更贴近实测值,预测效果更好。 展开更多

关键词 矩形顶管 管土接触界面 管周差异摩阻力 MINDLIN解 地层纵向水平位移

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