砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

发布时间：2021-06-28 13:34

　　成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定. 

【文章来源】：西南交通大学学报. 2014,49(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

考虑不同膨胀位

考虑不同膨胀位

西南交通大学学报第49卷(a)厚0．5m(b)厚1．0m(c)厚2．0m(d)150°范围(e)120°范围图2考虑不同膨胀位置和范围的计算模型Fig．2Calculationmodelsfordifferentexpansionpositions1．2计算参数及膨胀效应模拟采用有限元软件ANSYS进行数值模拟，膨胀土地层采用Drucker-Prager塑性模型．在ANSYS计算中，土体的膨胀应变可以用体积力来模拟．膨胀土体的总应变ε=εe+εt，(1)式中:εe为弹性应变增量;εt为膨胀体应变增量．εt=εp=αΔT，(2)式中:α为体积力线胀系数;ΔT为引起体积膨胀的因素增量;εp为膨胀岩土自由膨胀产生的应．在ANSYS软件中，通过设置α和ΔT，使得αΔT=εp=8%，从而实现膨胀应变的模拟．岩土膨胀效应除了产生膨胀应变外，另一个重要特性即为吸水软化．根据弹性理论，室内测得的膨胀力与膨胀应变之间存在以下关系:σx=σy=σp=－εpE(1+ν)(1－2ν)，(3)式中:σx和σy分别为x、y方向的应力;ν为岩土吸水膨胀后的泊松比;E为岩土吸水膨胀后的弹性模量;σp为膨胀岩土在实验室条件下测得的膨胀力．式(3)即为膨胀力与岩土充分吸水膨胀后土体物性参数之间的关系．由式(3)可知，岩土吸水后的软化程度与其产生的膨胀力具有一定关系，数值模拟中应根据膨胀力的大小改变弹性模量，从而实现对软化的模拟．将自由膨胀率、膨胀力等参数代入式(3)，可以得到不同膨胀力情况下吸水软化后的地层参数．黏聚力c、内摩擦角φ、泊松比ν取饱和后的土体参数，地层计算参数见表1．1．3管片外侧压力分布该断面盾构隧道位于复合地层，其中隧道上半部分位于砂卵石地层，下半部分位于膨胀岩土地层．假定隧道施工扰动引?

【参考文献】：
期刊论文
[1]无荷和有荷条件下膨胀土变形规律研究[J]. 胡瑾,王保田,张文慧,郭帅杰,张磊.  岩土工程学报. 2011(S1)
[2]膨胀岩土地层盾构隧道结构力学行为研究[J]. 林刚,罗世培,郭俊,邹永尧.  现代隧道技术. 2011(03)
[3]大型水下盾构隧道结构研究现状与展望[J]. 何川,封坤.  西南交通大学学报. 2011(01)
[4]膨胀土地层中盾构隧道管片结构受力分析与对策研究[J]. 郭瑞,何川,方勇.  现代隧道技术. 2010(06)
[5]荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型[J]. 苏宗贤,何川.  西南交通大学学报. 2007(03)
[6]膨胀土在不同约束状态下的试验研究[J]. 罗冲,殷坤龙,周春梅,姚林林.  岩土力学. 2007(03)
[7]膨胀土弹塑性本构关系数值建模方法研究[J]. 任青阳,朱以文,王靖涛,刘特洪.  岩土力学. 2006(10)
[8]膨胀土路基变形的数值模拟[J]. 陈铁林,米占宽,陈生水.  岩土力学. 2005(S1)
[9]膨胀土的强度和变形特性研究[J]. 韩华强,陈生水.  岩土工程学报. 2004(03)



本文编号：3254415