渗流作用下盾构隧道端头土体的稳定性研究
发布时间：2021-01-09 20:02
针对砂土和粘土两种典型地层,通过室内三轴试验分析了砂土和粘土的物理力学性质,利用PFC数值模拟试验和室内模型试验相结合,对渗流作用下盾构隧道端头土体的稳定性展开了研究。（1）基于渗流的连续方程,根据土体的各向同性和各向异性分析了二维和三维情况下渗流的微分方程,并根据实际工程给出了渗流情况下微分方程的三类边界条件。在达西定律的基础上运用python语言对CFD模块进行程序编辑,实现PFC-CFD流固耦合。（2）通过室内三轴试验,分别得出了砂土和粘土的物理力学性质,并利用PFC3D建立三轴数值模型,改变墙体为柔性墙体,通过调整数值参数,完成颗粒参数标定。使数值三轴模拟试验更加贴合室内试验土体的力学性质,从而能够较好模拟实际土体。（3）利用PFC数值模型对渗流作用下端头土体稳定性进行了分析,在隧道直径、地下水位高度、地下水压力三种影响因素中,砂土与粘土地层中土体的破坏范围随着隧道直径、地下水位高度以及地下水压力的增大而增大,且由于粘土自身粘聚力的影响,砂土地层的破坏范围要大于粘土地层,且砂土地层和粘土地层端头土体的失稳破坏范围主要发生在距离洞门0.15米以内;同时在各工...
【文章来源】：鲁东大学山东省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型盾构机械尽管国内外专家、学者对于盾构技术的理论和实际技术方面都取得了很大的
图 1.2 隧道地面坍塌与地下涌水事故对于地下水渗流对盾构隧道端头土体失稳破坏的问题，在许多盾构技术较成熟的国家已取得了较好的研究成果[12-14]。我国盾构方面的专家学者对于盾构施工中产生的问题也做了大量的研究，在 2018 年中国隧道与地下工程大会中各位专家学者对于深埋隧道的高压渗流突涌水、隧道掌子面防突安全厚度、高水压隧道地下水与围岩相互作用机理等方向作了报告。由于我国在盾构技术上起步较晚，相比国外还有很大的空白，对地下水渗流引起的端头土体失稳和破坏研究仍然处于
1.2 国内外研究现状1.2.1 无水作用下端头土体稳定性研究国内外专家对于隧道开挖面和端头土体的稳定性问题上做了大量的研究工作Broms 和 Benermark[15]对于不排水情况下研究出了隧道掘进面的稳定系数概念。通过室内试验和现场测量两种方法展开研究，得出工作面的失稳临界值 N 约小于等于 6。Peck 等[16-17]通过试验研究也得出了类似的结论。工作面的稳定系数N 如下式所示：N= / （1.1）Chambon＆Cort'e[18]利用砂土地层离心试验使工作面上支护压力逐级降低，研究隧道埋深对工作面的破坏情况：(1)掘进面的破坏形式可以近似看做契形体，上部呈现为仓筒状，随着隧道埋深的逐渐增大，破坏范围逐渐达不到地表；(2)最小的支护力与埋深联系不大（C/D=0.5~4）。研究所得到的掘进面破坏状态如图 1.3所示。Hisatak[19]等通过试验研究也得到了类似的破坏形式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国隧道及地下工程近两年的发展与展望[J]. 洪开荣. 隧道建设. 2017(02)
[2]上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析[J]. 赵明华,毛韬,牛浩懿,刘猛. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]盾构隧道掘进面稳定性砂土模型试验研究[J]. 沈翔,袁大军. 土木工程学报. 2015(S1)
[4]砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地表变形关系模型试验研究[J]. 金大龙,李兴高. 现代隧道技术. 2015(02)
[5]基于PFC3D的无黏性土渗流临界水力梯度模拟分析[J]. 吴凤元,梁力,樊赟赟,王楠. 东北大学学报(自然科学版). 2015(03)
[6]浅埋盾构隧道端头土体稳定性极限平衡分析[J]. 宋克志,王梦恕,孙谋. 岩石力学与工程学报. 2015(02)
[7]中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路[J]. 王梦恕. 隧道建设. 2014(03)
[8]密实砂土地层盾构隧道开挖面失稳离心模型试验研究[J]. 汤旅军,陈仁朋,尹鑫晟,孔令刚,黄博,陈云敏. 岩土工程学报. 2013(10)
[9]盾构隧道引起地层损失和地表沉降的离心模型试验研究[J]. 马险峰,王俊淞,李削云,余龙. 岩土工程学报. 2012(05)
[10]饱和沙土中土压盾构开挖面极限支护力[J]. 刘维,张翔杰,唐晓武,朱季,陈仁朋. 浙江大学学报(工学版). 2012(04)
博士论文
[1]渗流作用下复合地层盾构隧道施工开挖面稳定性及控制研究[D]. 宋曙光.山东大学 2016
[2]盾构隧道进出洞土体颗粒渐进破坏模式分析及加固精细化设计研究[D]. 孙谋.北京交通大学 2011
[3]盾构施工参数的地层适应性模型试验及其理论研究[D]. 徐前卫.同济大学 2006
硕士论文
[1]盾构隧道开挖面稳定性试验与颗粒流数值模拟研究[D]. 林海山.东南大学 2016
[2]双地层盾构隧道开挖面稳定性研究[D]. 唐丽芝.湖南大学 2014
[3]考虑流固耦合的富水软岩隧道力学特性及合理注浆参数研究[D]. 路平.中南大学 2012
[4]连拱隧道地下水渗流场及防排水技术研究[D]. 陈吉森.河海大学 2006
本文编号：2967308
【文章来源】：鲁东大学山东省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型盾构机械尽管国内外专家、学者对于盾构技术的理论和实际技术方面都取得了很大的
图 1.2 隧道地面坍塌与地下涌水事故对于地下水渗流对盾构隧道端头土体失稳破坏的问题，在许多盾构技术较成熟的国家已取得了较好的研究成果[12-14]。我国盾构方面的专家学者对于盾构施工中产生的问题也做了大量的研究，在 2018 年中国隧道与地下工程大会中各位专家学者对于深埋隧道的高压渗流突涌水、隧道掌子面防突安全厚度、高水压隧道地下水与围岩相互作用机理等方向作了报告。由于我国在盾构技术上起步较晚，相比国外还有很大的空白，对地下水渗流引起的端头土体失稳和破坏研究仍然处于
1.2 国内外研究现状1.2.1 无水作用下端头土体稳定性研究国内外专家对于隧道开挖面和端头土体的稳定性问题上做了大量的研究工作Broms 和 Benermark[15]对于不排水情况下研究出了隧道掘进面的稳定系数概念。通过室内试验和现场测量两种方法展开研究，得出工作面的失稳临界值 N 约小于等于 6。Peck 等[16-17]通过试验研究也得出了类似的结论。工作面的稳定系数N 如下式所示：N= / （1.1）Chambon＆Cort'e[18]利用砂土地层离心试验使工作面上支护压力逐级降低，研究隧道埋深对工作面的破坏情况：(1)掘进面的破坏形式可以近似看做契形体，上部呈现为仓筒状，随着隧道埋深的逐渐增大，破坏范围逐渐达不到地表；(2)最小的支护力与埋深联系不大（C/D=0.5~4）。研究所得到的掘进面破坏状态如图 1.3所示。Hisatak[19]等通过试验研究也得到了类似的破坏形式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国隧道及地下工程近两年的发展与展望[J]. 洪开荣. 隧道建设. 2017(02)
[2]上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析[J]. 赵明华,毛韬,牛浩懿,刘猛. 湖南大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]盾构隧道掘进面稳定性砂土模型试验研究[J]. 沈翔,袁大军. 土木工程学报. 2015(S1)
[4]砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地表变形关系模型试验研究[J]. 金大龙,李兴高. 现代隧道技术. 2015(02)
[5]基于PFC3D的无黏性土渗流临界水力梯度模拟分析[J]. 吴凤元,梁力,樊赟赟,王楠. 东北大学学报(自然科学版). 2015(03)
[6]浅埋盾构隧道端头土体稳定性极限平衡分析[J]. 宋克志,王梦恕,孙谋. 岩石力学与工程学报. 2015(02)
[7]中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路[J]. 王梦恕. 隧道建设. 2014(03)
[8]密实砂土地层盾构隧道开挖面失稳离心模型试验研究[J]. 汤旅军,陈仁朋,尹鑫晟,孔令刚,黄博,陈云敏. 岩土工程学报. 2013(10)
[9]盾构隧道引起地层损失和地表沉降的离心模型试验研究[J]. 马险峰,王俊淞,李削云,余龙. 岩土工程学报. 2012(05)
[10]饱和沙土中土压盾构开挖面极限支护力[J]. 刘维,张翔杰,唐晓武,朱季,陈仁朋. 浙江大学学报(工学版). 2012(04)
博士论文
[1]渗流作用下复合地层盾构隧道施工开挖面稳定性及控制研究[D]. 宋曙光.山东大学 2016
[2]盾构隧道进出洞土体颗粒渐进破坏模式分析及加固精细化设计研究[D]. 孙谋.北京交通大学 2011
[3]盾构施工参数的地层适应性模型试验及其理论研究[D]. 徐前卫.同济大学 2006
硕士论文
[1]盾构隧道开挖面稳定性试验与颗粒流数值模拟研究[D]. 林海山.东南大学 2016
[2]双地层盾构隧道开挖面稳定性研究[D]. 唐丽芝.湖南大学 2014
[3]考虑流固耦合的富水软岩隧道力学特性及合理注浆参数研究[D]. 路平.中南大学 2012
[4]连拱隧道地下水渗流场及防排水技术研究[D]. 陈吉森.河海大学 2006
本文编号：2967308
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