飽和成層土中盾構(gòu)掘進面穩(wěn)定理論性研究.pdf

1、城市地鐵建設(shè)中，由于受到復雜地質(zhì)水文條件和施工綜合因素影響，盾構(gòu)隧道施工會造成地層變形。盾構(gòu)開挖面失穩(wěn)作為盾構(gòu)施工造成地層變形重要原因之一被廣泛關(guān)注。本文以地鐵隧道土壓平衡盾構(gòu)施工為背景，采用上限分析法從機理上分析了飽和成層土地質(zhì)條件下盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性分別得到無滲流作用和考慮滲流作用成層土中盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定支護壓力上限解，并與已有極限平衡解進行分析比較。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于摩爾庫倫(Mohr-Coulomb)屈服準則和

2、相關(guān)聯(lián)流動法則(Associatedflowrule)，建立無滲流作用成層土中開挖面失穩(wěn)土體三維機動場模型，通過上限分析法得到成層土體中開挖面穩(wěn)定支護壓力上限解。
　　(2)采用無滲流作用成層土中開挖面支護壓力上限解分別對均質(zhì)地層和成層地層中開挖面穩(wěn)定進行研究。均質(zhì)地層中，成層土中支護壓力上限解可以退化為均質(zhì)土支護壓力上限艉(Leca解)。成層地層中，支護壓力為支持穿越土層土體所需壓力與支持覆土層所需壓力之和，通過研究穿越土層和覆

3、土層的土剪切強度參數(shù)（c'，ψ'）變化對支護壓力影響，分析了穿越土層和覆土層對盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性影響，當穿越土層剪切強度小于覆土層剪切強度情況下，開挖面穩(wěn)定性主要受穿越土層強度變化影響，覆土層對開挖面穩(wěn)定影響非常有限，當覆土層剪切強度小于穿越土層時，覆土層對開挖面穩(wěn)定具有不可忽略的影響。
　　(3)基于成層土中開挖面失穩(wěn)土體三維機動場模型，考慮滲透力和開挖面滲流力對盾構(gòu)開挖面失穩(wěn)土體的作用，并將地下水滲流作用引入開挖面穩(wěn)定上限分析中

4、，得到滲流作用下成層土中開挖面支護壓力上限解。
　　(4)采用FLAC3D數(shù)值分析研究開挖面滲流力發(fā)現(xiàn)滲透性較大粉土或沙土成層地層中，地下水滲流在盾構(gòu)掘進階段達到穩(wěn)態(tài)且開挖面滲流力和盾構(gòu)軸線處靜水壓力比值穩(wěn)定，與此同時穿越土層中地下水往開挖面滲流方向平行于盾構(gòu)軸線，而覆土層中滲流方向豎直向下;利用半承壓水滲流模型推導出成層土中滲流水力梯度分布公式，并計算失穩(wěn)土體中滲透力。開挖面滲流力大于破壞土體中滲透力，并隨著地下水位增加開挖面滲