考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性
发布时间：2020-02-22 11:49
【摘要】：在考虑松动土体内的三维土拱效应和开挖土体与刀盘摩擦力的基础上,改进了传统的筒仓楔形体模型计算方法.结果表明:最小土压应力并不是传统方法假设的均匀分布形式,而是近似呈抛物线分布;土的黏聚力、内摩擦角、刀盘与松动土体间的摩擦角以及埋深等物理参数对其最小土压应力均有一定程度的影响;降低刀盘与开挖面土体间的摩擦角可以显著增加开挖面的极限稳定性.通过与模型试验结果和其他计算方法的对比分析,验证了本文计算方法的合理性.
【图文】：
型适用于砂土地层浅埋盾构隧道开挖面支护力的确定．１松动区土体对刀盘压应力的确定模型试验［１２，１５－１７］证实，随着开挖面位移的增加，松动区从开挖面底部开始向上扩展，也即松动区的土拱效应也是从开挖面的底部开始向上扩展的．同时，在盾构掘进中开挖面土体在刀盘的旋转切削和支护稳定的共同作用下运动．因此，土体与刀盘间的摩擦力可分解为刀盘旋转切削时土体与其之间的转动摩擦力，以及土体颗粒在重力作用下向斜下方运动进入土舱过程中刀盘对土颗粒产生的向上滑动摩擦力．如图１所示，当刀盘顺时针旋转切削土体时，土体对刀盘的转动摩擦力τｒ合力为一个力偶Ｓ，该力偶与刀盘扭矩相互平衡，因此土体与刀盘间的转动摩擦力不对开挖面稳定产生影响．综上所述，本文在确定盾构开挖支护压应力时，只需考虑开挖面松动土体与刀盘的向上摩擦力，同时筒仓与楔形体中的土拱效应采用目前应用较为广泛的小主应力拱理论［１８］计算．图１刀盘顺时针旋转时土体对切削刀盘的转动摩擦力Ｆｉｇ．１Ｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌａｎｄｃｕｔｔｅｒｈｅａｄｗｈｅｎｃｕｔｔｅｒｈｅａｄｃｌｏｃｋｗｉｓｅｒｏｔａｔｉｎｇ１．１楔形体内的土拱效应Ｔｅｒｚａｇｈｉ［１４］通过Ｔｒａｐ－ｄｏｏｒ试验发现了土拱效应，并把它定义为土压应力从屈服区域转移到邻近静止区域并使压应力减小的现象．Ｈａｎｄｙ［１８］将土拱定义为小主应力的轨迹，并证明该轨迹形状为悬链线的一部分，Ｋｉｎｇｓｌｅｙ［１９］将土拱曲线简化为圆弧．小主应力拱理论计算结果与实际较为相符，因此得到了较为广泛的应用［２０］．小主应力拱理论
１－ｋａ）２－４ｔａｎ２（δｋａi幔玻簦幔睿é模耄幔ǎǎ玻┦街校害奈啥撂逵刖仓骨教寮涞哪Σ两牵彼啥撂逵刖仓骨教寮涞哪Σ脸浞址⒒邮宝模溅眨剑ǎ玻┛杉扑愠隽礁靓戎担×秸咧械拇笾担郏玻埃荩乇鸬兀宝模剑
本文编号：2581893
【图文】：
型适用于砂土地层浅埋盾构隧道开挖面支护力的确定．１松动区土体对刀盘压应力的确定模型试验［１２，１５－１７］证实，随着开挖面位移的增加，松动区从开挖面底部开始向上扩展，也即松动区的土拱效应也是从开挖面的底部开始向上扩展的．同时，在盾构掘进中开挖面土体在刀盘的旋转切削和支护稳定的共同作用下运动．因此，土体与刀盘间的摩擦力可分解为刀盘旋转切削时土体与其之间的转动摩擦力，以及土体颗粒在重力作用下向斜下方运动进入土舱过程中刀盘对土颗粒产生的向上滑动摩擦力．如图１所示，当刀盘顺时针旋转切削土体时，土体对刀盘的转动摩擦力τｒ合力为一个力偶Ｓ，该力偶与刀盘扭矩相互平衡，因此土体与刀盘间的转动摩擦力不对开挖面稳定产生影响．综上所述，本文在确定盾构开挖支护压应力时，只需考虑开挖面松动土体与刀盘的向上摩擦力，同时筒仓与楔形体中的土拱效应采用目前应用较为广泛的小主应力拱理论［１８］计算．图１刀盘顺时针旋转时土体对切削刀盘的转动摩擦力Ｆｉｇ．１Ｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌａｎｄｃｕｔｔｅｒｈｅａｄｗｈｅｎｃｕｔｔｅｒｈｅａｄｃｌｏｃｋｗｉｓｅｒｏｔａｔｉｎｇ１．１楔形体内的土拱效应Ｔｅｒｚａｇｈｉ［１４］通过Ｔｒａｐ－ｄｏｏｒ试验发现了土拱效应，并把它定义为土压应力从屈服区域转移到邻近静止区域并使压应力减小的现象．Ｈａｎｄｙ［１８］将土拱定义为小主应力的轨迹，并证明该轨迹形状为悬链线的一部分，Ｋｉｎｇｓｌｅｙ［１９］将土拱曲线简化为圆弧．小主应力拱理论计算结果与实际较为相符，因此得到了较为广泛的应用［２０］．小主应力拱理论
１－ｋａ）２－４ｔａｎ２（δｋａi幔玻簦幔睿é模耄幔ǎǎ玻┦街校害奈啥撂逵刖仓骨教寮涞哪Σ两牵彼啥撂逵刖仓骨教寮涞哪Σ脸浞址⒒邮宝模溅眨剑ǎ玻┛杉扑愠隽礁靓戎担×秸咧械拇笾担郏玻埃荩乇鸬兀宝模剑
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