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《基于彈塑性分析的淺埋盾構隧道地表沉降控制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、2009年01月沈陽建筑大學學報(自然科學版)Jan.2009第25卷第1期JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Vol.25,No.1文章編號:1671-2021(2009)01-0028-06基于彈塑性分析的淺埋盾構隧道地表沉降控制劉紀峰,劉波,陶龍光(中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院,北京100083)摘要:目的為更準確地預測淺埋盾構隧道引起的地表沉降,探求相應的沉降控制措施.方法基于均質半無限空間假定,將淺埋單孔盾構隧道二向非等壓初始地應力場分解為均勻
2、應力場和單向應力場,利用彈塑性力學的Lame公式和Kiersch公式及摩爾-庫侖屈服準則,定義了彈塑性解的位移邊界條件.將控制地表沉降兩大措施成功地應用于北京地鐵十號線淺埋盾構隧道地表沉降預測及控制.結果得出適合淺埋隧道地表沉降預測的彈塑性計算式,對彈塑性計算式的分析顯示,隧道圍巖的彈性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比μ、內(nèi)摩擦角φ和膨脹角ψ越大,地表沉降也越大.提出通過減少圍巖擾動和提高圍巖性質兩種控制盾構隧道地表沉降的方法.結論研究成果能較好地應用于淺埋盾構隧道的地表沉降預測及控制.關鍵詞:彈塑性分析;淺
3、埋盾構隧道;地表沉降;控制方法;摩爾-庫倫屈服準則中圖分類號:TQ529文獻標志碼:A沉降的影響,其結果用于深埋隧道地表沉降計算0引言較適合,而對于大多數(shù)淺埋隧道并不完全適用,使盾構施工法作為一種安全高效的隧道施工法得使用受到較大限制.因此,筆者將淺埋單孔盾構在城市地下鐵道、地下管線等隧道工程中得到廣隧道二向非等壓初始地應力場分解為均勻應力場泛應用.但盾構法施工誘發(fā)周圍巖土層損傷導致和單向應力場,利用彈塑性力學的Lame公式和[1-4]的地表沉降是亟待解決的問題之一.孫鈞院Kiersch公式及摩爾-庫侖屈服準則,通過定
4、義彈[4]士等利用粘彈塑性理論,對圓形隧道圍巖和襯塑性解的位移邊界條件,得出了適合淺埋隧道地[5]砌進行了粘彈塑性分析.丁城剛用軸對稱的平表沉降預測的彈塑性計算式,分析了其影響因素,面應變彈塑性理論分析了深埋圓形隧道的應力場得出控制地表沉降的兩大措施,并將研究成果成[6]和位移場.Wei-I.Chou和AntonioBobet假定功地應用于北京地鐵十號線淺埋盾構隧道地表沉任意垂直于隧道軸線截面為平面應變狀態(tài)且地層降預測及控制.為孔隙彈性性質、襯砌為線彈性性質,得出了飽和[7]1淺埋單孔隧道的彈塑性分析土體中淺層隧道的解
5、析解.Verruijt采用張量法推導出了飽和黏土層中隧道施工引起地層移動的圖1為淺埋隧道的初始地應力場,對淺埋隧[8]應力函數(shù).Bobet給出了極坐標下飽和土體中淺道圍巖彈塑性分析作如下假定:(1)圍巖是均質層隧道施工致地層變形的彈性解.Gonzalez和各向同性的;(2)隧道開挖為平面應變對稱問題;[9]Sagaseta利用虛像技術研究了隧道施工地表沉(3)作用于圍巖的原始應力在垂直方向和水平方降的解析解.以上解析法多基于均勻半無限平面向不等,靜止土壓力系數(shù)K0∈(0,1),可取經(jīng)驗值假定,較少考慮盾構施工過程中土體
6、性質變化對0.5.其余參數(shù)為:隧道埋深H,m;覆土平均重力收稿日期:2008-03-20基金項目:國家自然科學基金項目(50674095,50304012);北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)項目(20071D1600700414);教育部博士點基金項目(20060290014)作者簡介:劉紀峰(1979—),男,博士,主要從事城市地下工程研究.第25卷劉紀峰等:基于彈塑性分析的淺埋盾構隧道地表沉降控制293密度γ,kN/m;開挖半徑Ra,m;塑性半徑R,m;彈性應力-應變關系表達式為支護反力σ0,kPa;隧道上部土體的自重應力σv,
7、1+μεr=[(1-μ)σr-μσθ],kPa;隧道上部土體的水平應力σh,kPa;r和θ為E(2)極坐標系.軸對稱問題的平衡微分方程為ε=1+μ[(1-μ)σ-μσ],θθθrEdσrσr-σθ+=0,(1)式中:εr為徑向應變;σθ為環(huán)向應變;μ為隧道圍drr巖的泊松比;E為隧道圍巖的彈性模量.式中:σr為徑向應力,σθ為環(huán)向應力.隧道開挖時,土體的變形屬彈性范圍.軸對稱圖1淺埋隧道的初始地應力場[10]將二向非等壓狀態(tài)分為外壓σh的均勻應力場力場用Lame公式計算、單向應力場用Kiersch和外壓(σv-σh)的
8、單向應力場的疊加.對均勻應公式計算,疊加后可得圍巖彈性區(qū)的應力為2222R1R1RRσr=-σ02-(1+K0)σv(1-2)+(1-K0)σv(1-2)(1-22)cos2θ,r2r2rr(3)224R1R13Rσθ=σ02-(1+K0)σv(1+2)+(1-K0)σv(1+4)cos2θ.r2r2r由式(2)和(3),考慮邊界
