复合地层泥水盾构开挖面失稳破坏宏微观机理VIP专享VIP免费

第49卷第7期2015年7月上海交通大学学报JOuRNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVoL49NO．7Jul_2015文章编号：1006—2467(2015)07—1067—08DOI：10．16183／j．cnki．jsjtu．2015．07．026复合地层泥水盾构开挖面失稳破坏宏微观机理胡欣雨，刘安洋(上海应用技术学院城市建设与安全工程学院，上海201418)摘要：针对复合地层泥水盾构开挖面稳定性问题，采用试验研究和数值仿真分析相结合的方法，并结合宏观及微观研究手段，对泥水盾构施工过程中周围土体力学特性及地层变位，进行了定量分析，揭示了该地层条件开挖面的失稳破坏模式．在此基础上建立了完善的开挖面稳定性三维解析方法，主要得到以下结论：对于常见上软下硬复合地层情况，低应力水平条件下泥浆的渗入能在一定程度上提高土体的强度，减缓侧向变形的发展，因此，有效泥浆支护压力宜控制在较小的区间取值，且不宜过大，并应充分利用盾构本体正面挡板来保持地层的稳定；上软下硬复合地层中开挖面失稳破坏模式与砂性土地层的失稳破坏模式相似，即表现为开挖面前方为楔形体，破坏区域顶部为烟囱状，最大沉降量发生在开挖面前方顶部附近．关键词：泥水盾构；复合地层；泥浆压力；失稳破坏模式中图分类号：U455．43文献标志码：AFaceFailureMechanismforSlurryShield—DrivenTunnelinlayeredGroundCondition。_______——CouplingMacroscopicandMicroscopicAspectHL，Xin—yu，LUA，2一yang(CollegeofUrbanConstructionandSafetyEngineering，ShanghaiInstituteofTechnology，Shanghai201418，China)Abstract：Thefacestabilitymechanismforslurryshieldunderthelayeredgroundconditionisofgreatsig—nificance．Duringtheprocessoftheshieldtunnelling，theoriginalstructureandthestrengthofthesoilaroundthefacewillbechangedduetotheslurrygradualinfiltrationintotheexcavationface．Thus，inordertoconnectandquantifytherelationshipbetweenthemechanicalpropertyandthemicroscopicstruc—ture，thetriaxialexperimentaltestscoupledwiththenumericalsimulationmethodforevaluatingthetun—nelling—inducedgroundmovementwereintroduced，Then，basedontheactualgeometryofthefailuremechanisminclay，amodifiedwedgemodelwithitscorrespondinganalyticalsolutionforthecriticalfacesupportpressurewaspresented．Forthelayeredgroundcondition，itisrecommendedthattheslurrysup—portpressureshouldbecontrolledtoarelativelylowlevelduetothesofteningcharacteristicofclaysoil，anditisthepressureproducedbytheshieldcutterbitsandtransferredtotheexcavationfacecontributestofacestabilization．Thegeometryofthefailuremechanisminthisgroundconditionresemblesthecaseinsand：itexhibits3chimney—likefailuremechanism，canbebetterdescribedbythewedgestabilitymodels，andthemaximumdisplacementofthegroundjustoccursontopofthetunnelface．Keywords：slurryshield；layeredground；slurrypressured；facefailure收稿日期：2013—09—30基金项目：国家自然科学基金(51108268)资助项目作者简介：胡欣雨(1981一)，女，广西柳州市人，副教授，研究方向为隧道与结构工程．E—mail：christiehxy@163．com．上海交通大学学报第49卷大直径隧道已经成为目前及将来隧道发展的方向之一l】]．随着隧道直径的增大，盾构开挖面面积呈平方倍增大，盾构穿越多种(≥2)地层条件的概率显著提高，给传统的应用于较均匀软土地层的盾构隧道开挖面稳定性分析方法提出了新问题．目前泥水盾构隧道开挖面的稳定性研究主要可分为微观及宏观两方面．前者主要针对小的、局部的方面，如泥水质量的控制、泥浆配制及泥膜质量的验证]、一定压力泥水作用下土体结构性的改变及其所引起的土体强度变化分析_5。]，微观研究方法主要有理论分析方法及试验研究；而后者通常从大的、整体方面去研究，主要包括开挖面支护压力的控制]、极限支护压力的确定[9、开挖面破坏模式及机理研究、施工对周围环境影响的理论研究[1]，宏观研究手段主要有理论分析方...