盾构隧道施工扰动诱发富水砂层地陷变形数值模拟

发布时间：2021-01-30 11:06

　　文章通过盾构隧道开挖面三维弹塑性有限元数值模拟,研究了支护压力变化和地层损失诱发富水砂性地层地陷变形特征,并进一步分析了土体参数变化以及地下水渗流的影响。模拟结果表明,地下水渗流将明显增大维持开挖面稳定所需的支护压力,并显著增大了地层地陷变形的大小和范围,还会改变地层地陷变形模式;当支护压力接近极限值时,隧道顶面处的地层变形值迅速增大;土性劣化使得地层变形增大,当支护压力接近极限值时,土性劣化对地层变形的影响更为显著;受地层损失的影响,隧道顶面处变形最大,朝地表发展变形逐渐减小。 

【文章来源】：现代隧道技术. 2020,57(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

盾构隧道开挖面三维有限元模型

盾构隧道施工时，开挖面处施加的支护压力对维持开挖面稳定性具有重要影响[12]。支护压力不足容易引发土体变形甚至塌陷，因此采用逐渐减小开挖面处支护压力的方式，研究支护压力不足导致的地层变形规律。具体分析过程为：施加初始孔压边界条件后，进行初始地应力计算，并将开挖面设置为排水边界，模拟实现稳定渗流。解除开挖面上的位移约束并施加初始支护压力（取静止土压力），逐渐减小支护压力直至土体破坏，从而得到开挖面支护压力与隧道变形的关系曲线，如图2所示。从图2中可知，随着开挖面支护压力逐渐减小，开挖面中心点位移逐渐增加。当支护压力减小到67.3 k Pa时，开挖面中心点位移急剧增加，此时开挖面达到破坏状态，其位移场如图3所示。

实际工程中，由于常规监测手段难以得到隧道开挖面前方土体内部的位移场分布，只能监测到地层中某一深度的沉降值。通过数值模拟结果，得到不同支护压力条件下隧道顶面所在平面的竖向变形分布，如图4所示。图4 隧道顶面竖向变形分布模式的比较

【参考文献】：
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本文编号：3008789