一种考虑开挖面局部破坏的浅埋盾构隧道地层隆起极限分析方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑开挖面局部破坏的浅埋盾构隧道地层隆起极限分析方法，属于盾构施工技术领域。理论模型研究主要都基于开挖面整体失稳假设，然而支护力过大引起的隧道开挖面被动破坏存在一个由局部破坏到整体失稳的渐进演化过程。已有数值模拟研究发现了开挖面局部被动失稳破坏现象。目前，整体被动失稳假设对分析局部被动破坏模式具有局限性，而对局部被动破坏的发展与失稳机理的研究较少。本方法假定土体破坏模式，提出理论模型。根据理论模型，推导理论公式。建立数值3D模型，计算局部失稳比η和极限支护力σT的值，并与理论模型结果进行对照。本发明专利技术提出的局部失稳模型获得的极限支撑压力更小，更接近数值模拟得到的结果。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑开挖面局部破坏的浅埋盾构隧道地层隆起极限分析方法
本专利技术涉及一种分析浅埋盾构隧道地层隆起极限的方法，尤其涉及一种考虑开挖面局部破坏的浅埋盾构隧道地层隆起极限分析方法，属于盾构施工

技术介绍
盾构法施工具有对城市建筑物的影响小、安全性高等优点，是城市地铁隧道建设中最常采用的施工方法之一。在盾构隧道施工中，保持开挖面的稳定是工程施工安全的基本前提。其中开挖面支护力设定是一个关乎开挖面稳定性的重要参数，支护力过小会引起开挖面前方土体发生主动破坏，支护力过大则易引起开挖面前方土体发生被动破坏。实际隧道开挖过程中，由于开挖面推力设定过高或者施工操作不当等原因导致地表隆起破坏，从而造成损失的案例时有发生，因此，对盾构隧道开挖面被动失稳的研究不可忽视。目前国内外众多学者对隧道开挖面稳定性进行了研究，主要从三个方面展开：理论方法、模型试验法和数值模拟。但其研究成果绝大部分是关于主动破坏的研究，关于隧道开挖面被动破坏的研究则比较少。采用理论分析法研究开挖面稳定性的关键在于开挖面前方岩土体破坏模式的假定，合理的破坏模式能更加精确的确定开挖面的极限支护力。Leca和Dormieux(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑开挖面局部破坏的浅埋盾构隧道地层隆起极限分析方法，其特征在于：实现该方法包括如下步骤，步骤1.假定土体破坏模式，提出理论模型；假设土体均质、各向同性，满足摩尔库伦屈服准则，建立破坏机制来分析砂土地层浅埋隧道开挖面被动局部破坏失稳模式；隧道直径为D，埋深为C，地表超载为σs，开挖面的支护压力，假设为均布荷载；在多锥体模型基础上，假设开挖面上存在一个长轴为d的椭圆形破坏区域，在土体破坏时，该椭圆形破坏区域的顶点总与隧道的拱顶重合，开挖面局部破坏区域前方以多个被截的圆锥体组成，这些圆锥体朝不同方向作刚性体平移运动，速度方向与圆锥体的轴线共线，并与圆锥体的不连续面形成一个

【技术特征摘要】
1.一种考虑开挖面局部破坏的浅埋盾构隧道地层隆起极限分析方法，其特征在于：实现该方法包括如下步骤，步骤1.假定土体破坏模式，提出理论模型；假设土体均质、各向同性，满足摩尔库伦屈服准则，建立破坏机制来分析砂土地层浅埋隧道开挖面被动局部破坏失稳模式；隧道直径为D，埋深为C，地表超载为σs，开挖面的支护压力，假设为均布荷载；在多锥体模型基础上，假设开挖面上存在一个长轴为d的椭圆形破坏区域，在土体破坏时，该椭圆形破坏区域的顶点总与隧道的拱顶重合，开挖面局部破坏区域前方以多个被截的圆锥体组成，这些圆锥体朝不同方向作刚性体平移运动，速度方向与圆锥体的轴线共线，并与圆锥体的不连续面形成一个角；为描述开挖面局部破坏区域，设局部失稳高度比η＝d/D；因此，η＝1时，认为开挖面发生了整体被动破坏；当0＜η＜1时，认为开挖面发生局部破坏率为η的被动破坏；步骤2.根据理论模型，推导理论公式；(1)首先，理论模型的参数说明如下C:隧道顶部到地表的竖直距离即隧道埋深；D:圆形隧道开挖面直径；H:隧道开挖面中心点到地表的竖直距离；c:隧道所在地层的土体粘聚力；隧道所在地层的土体摩擦角；γ:隧道所在地层的土体重度；η:局部失稳高度比；α:截圆锥体AB1O1的轴线与水平线的夹角；ABi:截圆锥体ABiOi与第i个截断面相交区域的竖直长度；AOi:截圆锥体ABiOi垂直纸面投影方向的长度参数；OiBi+1：截圆锥体ABiOi垂直纸面投影方向的长度参数；O5F：截圆锥体EFO5垂直纸面投影方向的长度参数；αi:OiBi+1与ABi的夹角，i＝1,2,3,4；α5:O5F与AB5的夹角；βi:ABi与ABi+1间的夹角；d:开挖面上椭圆形破坏区域即截圆锥体AB1O1与第一个截断面相交区域的长轴长度；σs:地表超载；P:在隧道开挖面上施加的支护力；P0:隧道开挖面前方的静止土压力；σT:隧道开挖面极限被动支护力；hi:截圆锥体ABiOi的高；h6:截圆锥体EFO5的高；EF:截圆锥体EFO5与地面相交区域在垂直纸面方向投影的长度参数；Ai:截圆锥体ABiOi与第i个截断面相交区域的面积；A6:截圆锥体EFO5与地面相交区域的面积；Vi:滑块ABiBi+1的体积；V5:滑块EFAB5的体积；Si:滑块ABiBi+1的侧面积；S5:滑块EFAB5的侧面积；θi:截圆锥体ABiOi轴线的垂线在垂直纸面投影方向上与ABi相交的夹角；θ6:截圆锥体EFO5轴线的垂线在垂直纸面投影方向上与地面相交的夹角；νi:滑块ABiBi+1相对土体的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，陈柯屹，王帆，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11