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基于离散元的盾构开挖面合理支护压力
  • ISSN号:1006-2467
  • 期刊名称:《上海交通大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:U455.43[建筑科学—桥梁与隧道工程;交通运输工程—道路与铁道工程]
  • 作者机构:[1]同济大学地下建筑与工程系,上海200092, [2]同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51078292,51378389)
中文摘要:

采用离散元法(DEM)对无水砂土地层(摩擦角37°)3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到:①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均出现在开挖面位移为0.06D(D为隧道直径)时,对应支护压力比为10%-20%,砂土强度软化现象导致最终极限支护压力增大.②支护压力比降至40%-50%为剧烈地层扰动及显著地表变形的触发点.当开挖面支护压力比降低至40%-50%时,地层扰动范围和程度对隧道埋深非常敏感,如埋深由2D降低至0.5D时,扰动范围扩大了3倍,最大扰动程度提高了1倍;地表产生明显大幅沉降.③基于极限破坏的支护压力比为10%-20%,而基于变形控制的支护压力比为40%-50%,虽明显大于前者,但支护压力仅为静止土压力的40%-50%.综合考虑盾构刀盘磨损及地层支护效果,在无水砂土地层中采用支护压力比为40%-50%是一种合理选择.

英文摘要:

Using the discrete element method (DEM), the particle flow of dry sand with friction angle of 37 degree and progressive failure in a tunnel workface under three cover depths were simulated to examine the limit support pressure of workface and ground turbulence in sandy ground. These simulations resulted in three main findings. First, under different cover depths, the support pressures evolve to limit values when workface displacement reaches 6 %D (D is the diameter of the tunnel), and the corresponding limit support ratio is 10% to 20% ; the softening effect of sand after peak strength enlarges the final limit support pressure. Second, severe ground disturbance is triggered when the support ratio is reduced to 40% to 50%, and the disturbance degree and range are sensitive to cover depth, the disturbance range and degree triples and doubles, respectively, when cover drops to 0.5D from 2D. Significant ground settlements occur when the support ratio drops to 40% to 50;. Third, based on deformation control, the support ratio is 40% to 50%, which is much smaller than that based-on limit failure; by taking into consideration both tunneling efficiency and cutters' wear, it is rational to drop the support ratio to 40% to 50%.

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期刊信息
  • 《上海交通大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国教育部
  • 主办单位:上海交通大学
  • 主编:郑杭
  • 地址:上海市华山路1954号15F
  • 邮编:200030
  • 邮箱:shjt@chinajournal.net.cn
  • 电话:021-62933373 62932534
  • 国际标准刊号:ISSN:1006-2467
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1466/U
  • 邮发代号:4-256
  • 获奖情况:
  • 1996年全国优秀科技期刊奖,1992年、1996年、1999年国家教育部系统优秀科技期刊奖,2002年“百种重点期刊奖”,2003年百种中国杰出学术期刊,2004年教育部全国高校优秀科技期刊一等奖,2004年“百种重点期刊奖”
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:30903