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《盾构施工开挖面稳定分析研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第29卷第3期西安科技大学学报Vol.29No132009年5月JOURNALOFXI′ANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYMay12009文章编号:1672-9315(2009)03-0333-063盾构施工开挖面稳定分析研究121郅彬,韩晓雷,杨更社(1.西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;2.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)摘要:以西安地铁盾构施工为背景,研究了盾构施工时开挖面的稳定性,借鉴粘性土坡稳定分析方法中的费连纽斯条分法的基本原
2、理,推导出了三维情况下无限条分法计算开挖面稳定性的解析公式,并通过算例,引用生物遗传进化法的思想,搜索出了最危险滑裂面,确定了保证开挖面稳定的盾构施工最小支护力。关键词:盾构施工;开挖面稳定;无限条分法中图分类号:TU444,U459.3文献标志码:A0引言随着西部建设的全面开展,在西安修建城市地铁工程,越来越受到人们的关注。西安是举世闻名的历史文化名城,古建筑、遗址分布众多,采用对地表变形影响较小的盾构开挖方式,可以更好的保护古建筑、古遗存。在进行盾构开挖时,开挖面失稳是盾构开挖引起地表变形的主要影响因素之一
3、。根据现有文献,开挖面稳定性研究多集中在基于平面滑动的楔形体模型上,与实际有一定出入。借鉴土坡稳定分析方法中的费连纽斯条分法的基本原理,推导出了三维情况下无限条分法计算开挖面稳定的基本公式,并通过引入模拟生物遗传进化的思想,搜索确定出了最危险滑动面。该成果对于完善盾构开挖面稳定性研究,确定盾构最小支护力具有参考价值。1盾构开挖面破坏形式对于盾构施工时的开挖,土体相当于水平卸载,开挖面前方土体将会形成一个三维松动区域,在开挖面上覆土压力作用下,开挖面会向内发生松动而失稳,形成一个滑动面。对于开挖面破坏形式研究,理
4、论上说最可靠的方法是现场试验研究,但由于现场盾构隧道施工中未知因图1不同土体开挖面破坏形式素众多,影响开挖面稳定参数众多,现场测试中得到的许多数据难以解Fig11Thefailureformsofexcavated释;而且由于现场地质及掘进参数的多变,很难将不同现场的试验数据sectionfordifferentsoil进行对比相关研究,况且实际工程中开挖面失稳破坏不允许出现。由(a)粘土(b)砂土于上述原因,开挖面破坏形式的试验研究多集中于模型试验。[1]Mair结合自己早年模拟粘土地层盾构掘进中隧道开挖面稳
5、定相关离心试验研究结果,总结前人的工作,得出砂土和粘性土地层中隧道开挖面破坏形式表现不同(如图1),砂土地层中开挖面破坏形状表现为烟囱状,而在粘性土层中,由于土体颗粒间粘聚力的存在,破坏面的表现为下部较缓上部区域较大的盆状,同时指出,满足开挖面稳定的最小支护压力当埋深一定时就影响不大。因此,在开挖面失稳研究中,对于砂性土,采用楔形体模型平面滑动模型,利用静力平衡确定盾构最小值护力,与实际较一致,但对于粘性土,由于滑动面为一曲面,与实际情况有较大出入,因此有必要对曲3收稿日期:2008-09-18基金项目:高等学
6、校博士点基金(20070704001);西安科技大学培育基金(A515080)作者简介:郅彬(1972-),男,陕西西安人,博士生,主要从事黄土力学的教学和研究工作.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net334西安科技大学学报2009年面滑动进行研究。2基本原理开挖面稳定无限条分法可借鉴土坡稳定性分析方法中的费连纽斯条分法的基本原理,假定开挖面前方滑动面为圆柱面,破
7、坏面过开挖面底端(坡脚);同时考虑滑动体两侧的抗滑力,按三维问题进行处理;滑动土体为整体滑动,滑动体的条间力对开挖面的稳定[2]性没有影响;滑动面过开挖面的底端。如图2,假定存在一个圆弧滑动面AB,其圆心位图2开挖面稳定性分析简图于O点,半径为R,滑动面过开挖面底端A,滑Fig12Sketchofstabilityanalysisforexcavatedsection(a)几何关系(b)受力分析动面以上的土体具有向下滑动的趋势而处于极限平衡状态。搜索最危险滑弧,当稳定系数Kw=1时,反算可确定开挖面最小支护力。
8、3基本公式的建立与费连纽斯条分法相同,对粘性土开挖时稳定性分析的无限条分法也将滑动土体ABCA分成竖向土条,但与其不同的是土条的宽度趋于无穷小。取任意一土条进行力学分析,见图2,假定土体向下滑动,作用在土条上的力包括:1)土条的自重Gi,其大小方向作用点均已知;2)土条的顶部作用的上覆土压力Pvi,其大小方向作用点均已知;3)滑动面底面上的法向反力Ni及切向反力Ti,假定它们都作用在滑
