饱和圆砾地层盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验

吕玺琳; 曾盛; 王远鹏; 马少坤; 黄茂松

doi:10.11779/CJGE2019S2033

饱和圆砾地层盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验 English Version

吕玺琳^{1, 2},
曾盛²,
王远鹏²,
马少坤^{3, 4},
黄茂松^{1, 2}

1. 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室,上海 200092;
2.同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;
3. 广西大学土木建筑工程学院,广西南宁 530004;
4. 广西大学工程防灾与结构安全重点实验室,广西南宁 530004

基金项目: 国家重点研发计划项目（2016YFC0800200）; 国家自然科学基金重点项目（51738010）; 国家自然科学基金面上项目（51678166）; 上海市浦江人才计划项目（17PJD040）

详细信息

作者简介:
吕玺琳(1981— ),男,重庆人,博士,教授,博导,主要从事岩土力学与工程方面的研究。E-mail: xilinlu@tongji.edu.cn。

计量
- 文章访问数: 298
- HTML全文浏览量: 10
- PDF下载量: 138
出版历程
- 收稿日期: 2019-04-29
- 发布日期: 2019-07-19

Physical model tests on stability of shield tunnel face in saturated gravel stratum

1. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092,China;
3.College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China;
4.Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety, Guangxi University, Nanning 530004, China

摘要

摘要: 通过开展3组饱和圆砾地层盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验,研究了不同埋深条件下开挖面支护压力不足导致的渐进失稳破坏过程。通过分析大颗粒土滑移松动—裂隙出现—裂隙闭合过程表明,开挖面破坏过程中土体存在变形滞后效应,且该效应随隧道埋深变浅而减弱。对开挖面变形进行PIV精细化图像分析,得到其破坏模式类似于楔形体加筒仓体结构,楔形体倾角约为45°+φ/2。筒仓区土体松动由于存在滞后效应,可能导致开挖面破坏表现出突发现象。为准确预测极限支护压力,将传统楔形体模型改进为宽体楔形体模型,预测结果与试验结果符合较好。
- 盾构隧道 /
- 圆砾土 /
- 开挖面稳定性 /
- 物理模型试验
Abstract: To detect the stability of tunnel face with different depth in saturated gravel stratum, three reduced scale model tests were conducted, and the progressive failure process under insufficient support pressure was explored. According to the particle analysis, loosens of particle contact and the initiation and closure of crack were investigated, the results indicate that delayed deformation occurs and it can be weakened by decreasing the tunnel depth. Based on the PIV analysis, the failure mode of tunnel face is obtained, it shows a combination mode of a sliding wedge and an overlying silo, and the inclination of sliding wedge is about 45°+φ/2. Due to the delayed deformation of soil in silo, a sudden collapse mode of tunnel face may occur. In order to produce a precise prediction of limit support pressure, a modified wedge model is proposed, and the obtained results compare well with test results.
- shield tunnel /
- gravel soil /
- tunnel face stability /
- physical model test

HTML全文

参考文献(7)

[1]	HE C, FENG K, FANG Y, et al.Surface settlement caused by twin-parallel shield tunnelling in sandy cobble strata[J]. Journal of Zhejiang University-Science A: Applied Physics & Engineering, 2012, 13(11): 858-869.
[2]	江英超, 方勇, 何川, 等. 砂卵石地层盾构施工滞后沉降形成的细观研究[J]. 地下空间与工程学报, 2015, 11(1): 171-177. (JIANG Ying-chao, FANG Yong, HE Chuan, et al.Study on delayed settlement formation induced by shield tunneling in sandy cobble strata[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2015, 11(1) : 171-177. (in Chinese))
[3]	谢雄耀, 王强, 刘欢, 等. 富水圆砾地层盾构下穿火车站股道沉降控制技术研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(2): 3960-3970. (XIE Xiong-yao, WANG Qiang, LIU Huan, et al.Settlement control study of shield tunnelling crossing railway station in round gravel strata[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(2): 3960-3970. (in Chinese)).
[4]	王明年, 魏龙海, 路军富, 等. 成都地铁卵石层中盾构施工开挖面稳定性研究[J]. 岩土力学, 2011, 32(1): 99-105. (WANG Ming-nian, WEI Long-hai, LU Jun-fu, et al.Study of face stability of cobble-soil shield tunnelling at Chengdu metro[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(1): 99-105. (in Chinese))
[5]	吕玺琳, 李冯缔, 黄茂松, 等. 三维盾构隧道开挖面极限支护压力数值及理论解[J]. 同济大学学报 (自然科学版), 2012, 40(10): 1469-1473. (LÜ Xi-lin, LI Feng-di, HUANG Mao-song, et al.Three-dimensional numerical and analytical solutions of limit support pressure at shield tunnel face[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2012, 40(10): 1469-1473. (in Chinese))
[6]	唐开顺, 谢雄耀, 杨磊. 圆砾土大型三轴试验力学特性研究[J]. 地下空间与工程学报, 2014, 10(3): 580-585. (TANG Kai-shun, XIE Xiong-yao, YANG Lei.Research on mechanical characteristics of gravel soil based on large-scale triaxial tests[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2014, 10(3): 580-585. (in Chinese))
[7]	LÜ X L, ZHOU Y C, HUANG M S, et al.Experimental study of the face stability of shield tunnel in sands under seepage condition[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2018, 74: 195-205.

施引文献(33)

期刊类型引用(15)

1.	张永娟，张箭，孙锐，陈子昂，丰土根. 浅埋隧道开挖面稳定性三维下限极限分析. 地下空间与工程学报. 2025(02): 654-660+671 . 百度学术
2.	贾宝新，史怀月，高宗贤. 淤泥质粉质黏土地层泥水盾构开挖面稳定模型试验研究. 武汉大学学报(工学版). 2024(02): 187-193 . 百度学术
3.	应宏伟，吕忠泽. 考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法. 中南大学学报(自然科学版). 2024(03): 1082-1091 . 百度学术
4.	魏立新，杨春山，刘力英，宋棋龙，苏栋. 上硬下软复合地层大直径盾构掌子面稳定性研究. 现代隧道技术. 2024(05): 21-28+41 . 百度学术
5.	张耀星，梁连，黄明. 盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路开挖面稳定性上限分析. 公路工程. 2024(06): 64-71 . 百度学术
6.	邓保辉，毛锦波. 高海拔公路隧道开挖面失稳预测模型研究. 建筑机械. 2023(04): 17-23+2 . 百度学术
7.	刘金慧，屈克军，丁万涛，王杨. 硬塑粉质黏土层深埋马蹄形隧道开挖土拱演化分析. 人民长江. 2022(01): 189-197 . 百度学术
8.	欧孝夺，白露，江杰，罗方正. 圆砾地层中深基坑双排桩支护结构受力变形计算分析. 公路工程. 2022(03): 15-22 . 百度学术
9.	吕玺琳，赵庾成，曾盛. 砂层中盾构隧道开挖面稳定性物理模型试验. 隧道与地下工程灾害防治. 2022(03): 67-76 . 百度学术
10.	马少坤，韦榕宽，邵羽，黄震，段智博. 基于透明土的隧道开挖面稳定性三维可视化模型试验研究及应用. 岩土工程学报. 2021(10): 1798-1806+1958 . 本站查看
11.	米博，项彦勇. 含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性试验. 哈尔滨工业大学学报. 2021(11): 59-65 . 百度学术
12.	宋棋龙，祁文睿，李文静，张新建，苏栋，林星涛. 滨海软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及加固范围研究. 建筑科学与工程学报. 2021(06): 155-162 . 百度学术
13.	吕涛，李森阔，杨果林，徐浩栋，龙彪. 小半径曲线盾构隧道地面沉降变形特征研究. 水利与建筑工程学报. 2020(04): 198-203 . 百度学术
14.	宋洋，王韦颐，杜春生. 砂-砾复合地层盾构隧道开挖面稳定模型试验与极限支护压力研究. 岩土工程学报. 2020(12): 2206-2214 . 本站查看
15.	牛豪爽，翁效林，余航飞，胡继波. 渗流作用下粉砂地层中盾构隧道开挖面失稳模式离心试验研究. 土木工程学报. 2020(S1): 99-104+118 . 百度学术