考虑刀盘结构形式影响的盾构施工引起的地表沉降分析
发布时间：2021-04-06 05:55
为较为全面准确地计算和分析盾构施工引起的地表沉降,基于弹性力学Mindlin解,在已有研究的基础上,考虑刀盘结构形式的不同对地表沉降的影响,根据坐标转化和积分的方法分别给出了两种结构形式刀盘的正面附加推力引起的地表沉降计算公式。对面板式刀盘的正面摩擦力沿径向简化为三角形分布,给出了面板式刀盘正面摩擦力引起的地表沉降的计算公式;考虑了刀盘圆周面的轴向摩擦力对地表沉降的影响,推导出其解析式;最后运用叠加原理,给出了盾构施工引起地表总沉降计算公式;此外,给出了刀盘摩擦力的计算公式。结合已有的工程实例,并与实测值对比,结果表明:运用本文方法计算得到的地表沉降分布可以反映盾构施工引起地表实际变形的特点;与其它因素相比,刀盘正面的摩擦力、圆周面的轴向和环向摩擦力引起的地表沉降值在地表总沉降值中占比较小;刀盘结构形式的不同对地表沉降有一定程度的影响,这体现在刀盘正面附加推力和正面摩擦力上;两者相比,刀盘正面附加推力引起的地表沉降受刀盘结构形式的影响幅度较大。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
土体受力示意图[13]Fig.1Schematicdiagramofsoilforce[13]
第6期魏超，等：考虑刀盘结构形式影响的盾构施工引起地表沉降分析2449刀具摩擦力1bF引起地表沉降1bw的解析式为dd1bh1b1b1b1b1b0111b,maxdv1b1b1b1b1b0111b,maxd(,,,,)(sin)d(,,,,)(cos)dmRFnmRPnwwxyzcRrFrrRwxyzcRrFrrR(5)式中：02π2π(n1)/m，0为刀具的初始角；m为刀具的辐条总数；n1,2,3,,m；2221bR(yrcos)x(hrsin)。同样，对于与辐条式刀盘正面相互作用的土体在单位面积上所受摩擦力的最大值F1b,max，结合文献[14]给出的扭矩T1a计算公式，并按照模型、几何关系和力矩定义建立F1b,max与T1a的积分关系，积分后得到估计公式为1a1b,max3d4TFmR(6)(a)面板式(paneltype)(b)辐条式(spoketype)图3刀盘正面摩擦力及附加推力引起地表沉降计算模型[13]Fig.3Calculationmodelofsurfacesettlementcausedbyfrontfrictionandadditionalthrustofcutter[13]2.4.2刀盘圆周面摩擦力引起地表沉降解析式本节推导刀盘圆周面的环向和轴向摩擦力引起地表沉降的解析式。1)刀盘圆周面轴向摩擦力引起地表沉降解析式如图4(a)所示，取任意微分单元ddARddl，为满足Mindlin解的使用条件，将坐标转化关系即1cxlx，d1cyRcosy,1c0z，dhRsin1cc代入式(1)、式(2)中，并对其积分后得到刀盘圆周面轴向摩擦力1cF产生的地表沉降1cw解析式为k2π1ch1c1c1c1c1c1cd001,,,,ddLFwwxyzcRFRl(7)
第6期魏超，等：考虑刀盘结构形式影响的盾构施工引起地表沉降分析2449刀具摩擦力1bF引起地表沉降1bw的解析式为dd1bh1b1b1b1b1b0111b,maxdv1b1b1b1b1b0111b,maxd(,,,,)(sin)d(,,,,)(cos)dmRFnmRPnwwxyzcRrFrrRwxyzcRrFrrR(5)式中：02π2π(n1)/m，0为刀具的初始角；m为刀具的辐条总数；n1,2,3,,m；2221bR(yrcos)x(hrsin)。同样，对于与辐条式刀盘正面相互作用的土体在单位面积上所受摩擦力的最大值F1b,max，结合文献[14]给出的扭矩T1a计算公式，并按照模型、几何关系和力矩定义建立F1b,max与T1a的积分关系，积分后得到估计公式为1a1b,max3d4TFmR(6)(a)面板式(paneltype)(b)辐条式(spoketype)图3刀盘正面摩擦力及附加推力引起地表沉降计算模型[13]Fig.3Calculationmodelofsurfacesettlementcausedbyfrontfrictionandadditionalthrustofcutter[13]2.4.2刀盘圆周面摩擦力引起地表沉降解析式本节推导刀盘圆周面的环向和轴向摩擦力引起地表沉降的解析式。1)刀盘圆周面轴向摩擦力引起地表沉降解析式如图4(a)所示，取任意微分单元ddARddl，为满足Mindlin解的使用条件，将坐标转化关系即1cxlx，d1cyRcosy,1c0z，dhRsin1cc代入式(1)、式(2)中，并对其积分后得到刀盘圆周面轴向摩擦力1cF产生的地表沉降1cw解析式为k2π1ch1c1c1c1c1c1cd001,,,,ddLFwwxyzcRFRl(7)
本文编号：3120899
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
土体受力示意图[13]Fig.1Schematicdiagramofsoilforce[13]
第6期魏超，等：考虑刀盘结构形式影响的盾构施工引起地表沉降分析2449刀具摩擦力1bF引起地表沉降1bw的解析式为dd1bh1b1b1b1b1b0111b,maxdv1b1b1b1b1b0111b,maxd(,,,,)(sin)d(,,,,)(cos)dmRFnmRPnwwxyzcRrFrrRwxyzcRrFrrR(5)式中：02π2π(n1)/m，0为刀具的初始角；m为刀具的辐条总数；n1,2,3,,m；2221bR(yrcos)x(hrsin)。同样，对于与辐条式刀盘正面相互作用的土体在单位面积上所受摩擦力的最大值F1b,max，结合文献[14]给出的扭矩T1a计算公式，并按照模型、几何关系和力矩定义建立F1b,max与T1a的积分关系，积分后得到估计公式为1a1b,max3d4TFmR(6)(a)面板式(paneltype)(b)辐条式(spoketype)图3刀盘正面摩擦力及附加推力引起地表沉降计算模型[13]Fig.3Calculationmodelofsurfacesettlementcausedbyfrontfrictionandadditionalthrustofcutter[13]2.4.2刀盘圆周面摩擦力引起地表沉降解析式本节推导刀盘圆周面的环向和轴向摩擦力引起地表沉降的解析式。1)刀盘圆周面轴向摩擦力引起地表沉降解析式如图4(a)所示，取任意微分单元ddARddl，为满足Mindlin解的使用条件，将坐标转化关系即1cxlx，d1cyRcosy,1c0z，dhRsin1cc代入式(1)、式(2)中，并对其积分后得到刀盘圆周面轴向摩擦力1cF产生的地表沉降1cw解析式为k2π1ch1c1c1c1c1c1cd001,,,,ddLFwwxyzcRFRl(7)
第6期魏超，等：考虑刀盘结构形式影响的盾构施工引起地表沉降分析2449刀具摩擦力1bF引起地表沉降1bw的解析式为dd1bh1b1b1b1b1b0111b,maxdv1b1b1b1b1b0111b,maxd(,,,,)(sin)d(,,,,)(cos)dmRFnmRPnwwxyzcRrFrrRwxyzcRrFrrR(5)式中：02π2π(n1)/m，0为刀具的初始角；m为刀具的辐条总数；n1,2,3,,m；2221bR(yrcos)x(hrsin)。同样，对于与辐条式刀盘正面相互作用的土体在单位面积上所受摩擦力的最大值F1b,max，结合文献[14]给出的扭矩T1a计算公式，并按照模型、几何关系和力矩定义建立F1b,max与T1a的积分关系，积分后得到估计公式为1a1b,max3d4TFmR(6)(a)面板式(paneltype)(b)辐条式(spoketype)图3刀盘正面摩擦力及附加推力引起地表沉降计算模型[13]Fig.3Calculationmodelofsurfacesettlementcausedbyfrontfrictionandadditionalthrustofcutter[13]2.4.2刀盘圆周面摩擦力引起地表沉降解析式本节推导刀盘圆周面的环向和轴向摩擦力引起地表沉降的解析式。1)刀盘圆周面轴向摩擦力引起地表沉降解析式如图4(a)所示，取任意微分单元ddARddl，为满足Mindlin解的使用条件，将坐标转化关系即1cxlx，d1cyRcosy,1c0z，dhRsin1cc代入式(1)、式(2)中，并对其积分后得到刀盘圆周面轴向摩擦力1cF产生的地表沉降1cw解析式为k2π1ch1c1c1c1c1c1cd001,,,,ddLFwwxyzcRFRl(7)
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