考虑孔隙水压力影响的深埋盾构隧道开挖面稳定性分析.pdf

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1、第３４卷第７期公路交通科技Ｖｏｌ３４Ｎｏ７２０１７年７月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＪｕｌ．２０１７ｄｏｉ：１０３９考６９／ｊｉ虑ｓｓｎ１０孔０２－０２隙６８２０水１７０７压０１３力影响的深埋盾构隧道开挖面稳定性分析谢晓锋，吴秋红，刘恺（中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙４１００８３）摘要：对均质土体中开挖的深埋盾构隧道，基于对数螺旋破坏机制和线性Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ强度准则，将孔隙水压视为作用在土体骨架上的外力，采用极限分析法推导了

2、其开挖面支护力的表达式，依据“穷举法”原理并编制数值优化程序，求得了特定参数下盾构隧道开挖面的上限解，最后分析了支护力随各参数的响应规律。研究结果表明：孔隙水压力系数、地下水位高度、隧道洞径和土体重度的增加不利于开挖面的稳定，而黏聚力和内摩擦角的增加则对开挖面的稳定性起有利作用。该计算方法能快速获得富水风险地区稳定隧道开挖面所需的支护力和潜在破坏范围，对风险地区的盾构隧道施工与事故防治具有一定参考价值。关键词：隧道工程；深埋盾构隧道；极限分析法；开挖面稳定性；孔隙水压力中图分类号：Ｕ４５２文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０２６８（２０

3、１７）０７－００９４－０７ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＥｘｃａｖａｔｉｏｎＦａｃｅＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＤｅｅｐＳｈｉｅｌｄＴｕｎｎｅｌＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｒｅＷａｔｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅＸＩＥＸｉａｏｆｅｎｇ，ＷＵＱｉｕｈｏｎｇ，ＬＩＵＫａｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｅｅｐｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｎｈｏｍｏｇｅ

4、ｎｅｏｕｓｓｏｉｌ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｏｇ－ｓｐｉｒａｌｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｌｉｎｅａｒＭｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂｓｔｒｅｎｇｔｈｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ａｎｄｔｒｅａｔｉｎｇｔｈｅｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅａｓｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｃｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓｏｉｌｓｋｅｌｅｔｏｎ，ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｉｓｄｅｒｉｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇｌｉｍｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｉｖｅｍｅｔｈ

5、ｏｄａｎｄｗｒｉｔｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ，ｔｈｅｕｐｐｅｒｂｏｕｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｓｐｅｃｉｆｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄＦｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｌａｗｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｆｏｒｃｅｖａｒｙｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｈｅｉｇｈｔ

6、ｏｆｗａｔｅｒｔａｂｌｅ，ｔｕｎｎｅｌｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｕｎｉｔｗｅｉｇｈｔｏｆｓｏｉｌｍａｓｓｈａｓａｄｖｅｒｓｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｈｅｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｌａｎｇｌｅｉｓｂｅｎｅｆｉｔｔｏｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙＩｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｉｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｃａｎｏｂｔａｉｎｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｆｏｒｃｅｗｈｉｃｈｈｏｌｄｓｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａ

7、ｔｉｏｎｆａｃｅｓｔｅａｄｙｉｎｗａｔｅｒｒｉｃｈａｒｅａａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｄａｍａｇｅａｒｅａｑｕｉｃｋｌｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｔｏｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄａｃｃｉｄｅｎｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｒｉｓｋａｒｅａＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｄｅｅｐｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｌｉｍｉｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓ

8、ｓｕｒｅ收稿日期：２０１６－０３－１６基金项目：国家自然科学基金项目（４１２７２３０４，１１４７２３１１）；中南大学中央高校基本科研业务费专项资金项目（２０１５ｚｚｔｓ０８４）作者简介：谢晓锋（１９８８－）