考虑塔形滑移面的浅埋隧道松动土压力研究
发布时间：2021-01-08 14:19
以不完全拱效应为基础,对浅埋隧道松动土压力展开研究。与Terzaghi土拱效应理论的垂直滑移面不同,本文综合考虑国内外对滑移面形式的研究,采用塔形滑移面计算模型,同时考虑主应力旋转角的分布特征,给出松动区内大主应力与水平面夹角分布公式,改进了浅埋隧道松动土压力的计算方法;将塔形滑移面间松动土体侧向土压力系数定义为滑移面上法向应力与平均竖向应力之比,并给出计算表达式;建立出主应力转角与隧道顶部位移的数量关系,进而得到不同拱顶沉降允许值下的平均竖向应力计算方法。将本文松动土压力计算公式同国内外学者提出的计算方法对比,结果相吻合,验证了本文公式的合理性。对公式中主要影响参数（侧向土压力系数、隧道宽高比、相对变形量、滑移面倾角）进行了分析,结果表明:竖向应力?v随着深度z的增加而增加,土拱效应的发挥程度也随着深度z的增加而增大,但其增速逐渐放缓,当达到某一深度（土拱效应完全发挥）后,随着深度z的增加?v趋向于定值;侧向土压力系数K随着土体内摩擦角φ及滑移面倾角α的增大而减小;在一定范围内,随着隧道宽高比B0/h的增大以及相对变形量λ的减小,其表面的竖向应力随之增大。因此,适当的增大浅埋隧道顶部...
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
浅埋隧道松动土压力计算模型Fig.2Calculationmodeloflooseearthpressureinshallowburiedtunnel2.2滑动区宽度
2200应用力学学报第37卷PB分别代表两侧滑移面上土中的应力状态，其大小相等、方向相反；dx为微分土条上单元土体宽度；Pm代表土中任意一点m处的应力状态，此时大主应力绕水平方向的转角为θm；CP点代表大主应力方向与水平方向平行，此时m为0。微分土条上大主应力绕水平方向的转角的分布公式[26]为w2mxB(3)式中：θm为微分土条上任意点m处大主应力σ1绕水平方向的旋转角；x为该点距隧道中轴线的距离；θw为剪切面处σ1绕水平方向的旋转角。可以看出，θm的值沿水平方向线性分布，这一点在文献[26]中已被证明。但是，式(3)中可以看出文献[26]将B看作是水平土条的宽度，而根据Terzaghi松动土压力理论，土体滑移面是从隧道底部沿与水平面呈45°+φ/2扩展至隧道顶部，又从隧道顶部呈塔形向上扩展，所以微分土条的宽度应是随深度z变化的值，显然式(3)的取值是不合理的。笔者认为，θm表达式应改进为w2mzxB(4)将式(2)代入式(4)，得w22tan2tanmxBHz(5)当土拱效应完全发挥时，滑移面上大主应力与滑移面法线方向夹角为π/4+φ/2，滑移面法线方向与水平面夹角为α，θw则为π/4+φ/2-α，式(5)可写为2π()2tan2tan42mxBHz(6)水平微分土条上的应力为23222h11a1(cossin)(cossin)mmmmK(7)232v11221a(sincos)(sincos)mmmmK(8)h3()tanxym(9)式中Ka为主动土压力系数，且2aKtan(45/2)。水平微分段dx的?
K22wawawwaw2cossin1sincos1KKK22wawawwaw2cossin1sincos1KKK2A1KA11KAc1C22111221tanAABqBA22111221tanAABqBA由表2中平均竖向应力表达式可知，当滑移面倾角α确定时，该式中仅有唯一变量w。w的值不仅决定着不完全土拱效应的发挥程度，并且与隧道上部土体差异沉降值息息相关。图7为w与土体位移几何关系图。图7中：Δh为隧道上部微分土条的差异沉降值；R为土拱半径。2212zRRhB(38)wsinRhR(39)图7w计算示意图Fig.7Schematicdiagramofw
【参考文献】：
期刊论文
[1]软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析[J]. 白廷辉,郑勇波,刘树佳,刘孟波. 隧道建设(中英文). 2018(S2)
[2]地层渐进成拱对浅埋隧道上覆土压力影响研究[J]. 汪大海,贺少辉,刘夏冰,张嘉文,姚文博. 岩土力学. 2019(06)
[3]基于主应力旋转特征的浅埋隧道上覆土压力计算及不完全拱效应分析[J]. 汪大海,贺少辉,刘夏冰,李承辉,张嘉文. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[4]考虑不完全土拱效应的浅层地基竖向应力计算[J]. 赖丰文,陈福全,万梁龙. 岩土力学. 2018(07)
[5]考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究[J]. 徐长节,梁禄钜,陈其志,刘元昆. 岩土力学. 2018(06)
[6]盾构埋深对软土土拱效应影响分析[J]. 徐伟忠,刘树佳,廖少明. 地下空间与工程学报. 2017(S1)
[7]基于颗粒椭球体理论的隧道松动土压力计算方法[J]. 宫全美,张润来,周顺华,唐黎明,韩高孝. 岩土工程学报. 2017(01)
[8]关于“盾构隧道施工松动土压力计算方法研究”的讨论[J]. 娄培杰,徐颖. 岩土工程学报. 2015(07)
[9]基于太沙基土拱效应考虑基质吸力影响的松动土压力计算模型[J]. 蔺港,孔令刚,詹良通,陈云敏. 岩土力学. 2015(07)
[10]盾构隧道施工松动土压力计算方法研究[J]. 黎春林. 岩土工程学报. 2014(09)
硕士论文
[1]软弱破碎隧道围岩压力拱动态特性研究[D]. 刘燕鹏.长安大学 2013
[2]盾构隧道垂直土压力松动效应的研究[D]. 加瑞.河海大学 2007
本文编号：2964748
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
浅埋隧道松动土压力计算模型Fig.2Calculationmodeloflooseearthpressureinshallowburiedtunnel2.2滑动区宽度
2200应用力学学报第37卷PB分别代表两侧滑移面上土中的应力状态，其大小相等、方向相反；dx为微分土条上单元土体宽度；Pm代表土中任意一点m处的应力状态，此时大主应力绕水平方向的转角为θm；CP点代表大主应力方向与水平方向平行，此时m为0。微分土条上大主应力绕水平方向的转角的分布公式[26]为w2mxB(3)式中：θm为微分土条上任意点m处大主应力σ1绕水平方向的旋转角；x为该点距隧道中轴线的距离；θw为剪切面处σ1绕水平方向的旋转角。可以看出，θm的值沿水平方向线性分布，这一点在文献[26]中已被证明。但是，式(3)中可以看出文献[26]将B看作是水平土条的宽度，而根据Terzaghi松动土压力理论，土体滑移面是从隧道底部沿与水平面呈45°+φ/2扩展至隧道顶部，又从隧道顶部呈塔形向上扩展，所以微分土条的宽度应是随深度z变化的值，显然式(3)的取值是不合理的。笔者认为，θm表达式应改进为w2mzxB(4)将式(2)代入式(4)，得w22tan2tanmxBHz(5)当土拱效应完全发挥时，滑移面上大主应力与滑移面法线方向夹角为π/4+φ/2，滑移面法线方向与水平面夹角为α，θw则为π/4+φ/2-α，式(5)可写为2π()2tan2tan42mxBHz(6)水平微分土条上的应力为23222h11a1(cossin)(cossin)mmmmK(7)232v11221a(sincos)(sincos)mmmmK(8)h3()tanxym(9)式中Ka为主动土压力系数，且2aKtan(45/2)。水平微分段dx的?
K22wawawwaw2cossin1sincos1KKK22wawawwaw2cossin1sincos1KKK2A1KA11KAc1C22111221tanAABqBA22111221tanAABqBA由表2中平均竖向应力表达式可知，当滑移面倾角α确定时，该式中仅有唯一变量w。w的值不仅决定着不完全土拱效应的发挥程度，并且与隧道上部土体差异沉降值息息相关。图7为w与土体位移几何关系图。图7中：Δh为隧道上部微分土条的差异沉降值；R为土拱半径。2212zRRhB(38)wsinRhR(39)图7w计算示意图Fig.7Schematicdiagramofw
【参考文献】：
期刊论文
[1]软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析[J]. 白廷辉,郑勇波,刘树佳,刘孟波. 隧道建设(中英文). 2018(S2)
[2]地层渐进成拱对浅埋隧道上覆土压力影响研究[J]. 汪大海,贺少辉,刘夏冰,张嘉文,姚文博. 岩土力学. 2019(06)
[3]基于主应力旋转特征的浅埋隧道上覆土压力计算及不完全拱效应分析[J]. 汪大海,贺少辉,刘夏冰,李承辉,张嘉文. 岩石力学与工程学报. 2019(06)
[4]考虑不完全土拱效应的浅层地基竖向应力计算[J]. 赖丰文,陈福全,万梁龙. 岩土力学. 2018(07)
[5]考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究[J]. 徐长节,梁禄钜,陈其志,刘元昆. 岩土力学. 2018(06)
[6]盾构埋深对软土土拱效应影响分析[J]. 徐伟忠,刘树佳,廖少明. 地下空间与工程学报. 2017(S1)
[7]基于颗粒椭球体理论的隧道松动土压力计算方法[J]. 宫全美,张润来,周顺华,唐黎明,韩高孝. 岩土工程学报. 2017(01)
[8]关于“盾构隧道施工松动土压力计算方法研究”的讨论[J]. 娄培杰,徐颖. 岩土工程学报. 2015(07)
[9]基于太沙基土拱效应考虑基质吸力影响的松动土压力计算模型[J]. 蔺港,孔令刚,詹良通,陈云敏. 岩土力学. 2015(07)
[10]盾构隧道施工松动土压力计算方法研究[J]. 黎春林. 岩土工程学报. 2014(09)
硕士论文
[1]软弱破碎隧道围岩压力拱动态特性研究[D]. 刘燕鹏.长安大学 2013
[2]盾构隧道垂直土压力松动效应的研究[D]. 加瑞.河海大学 2007
本文编号：2964748
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