›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (S2): 695-701.doi: 10.16285/j.rsm.2015.S2.099

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地表超载作用下隧道失稳破坏的上限有限元分析

杨 峰1,郑响凑1,赵炼恒1,石杰红2,阳军生1   

  1. 1. 中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 中国安全生产科学研究院,北京100012
  • 收稿日期:2014-09-01 出版日期:2015-08-31 发布日期:2018-06-14
  • 作者简介:杨峰,男,1981年生,博士,从事隧道与地下工程方面研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51008309;No.51208522);中国安全生产科学研究院基本科研业务费专项(No.2014JBKY01)。

Finite element upper bound analysis of tunnel instability under surcharge loading

YANG Feng1, ZHENG Xiang-cou1, ZHAO Lian-heng1, SHI Jie-hong2, YANG Jun-sheng1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Central South University,Changsha, Hunan 410075,China; 2. China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100012, China
  • Received:2014-09-01 Online:2015-08-31 Published:2018-06-14

摘要: 针对地表超载作用下隧道稳定性和破坏模式问题,基于刚体平动运动单元上限有限元理论编程并计算分析,获得了浅埋隧道失稳临界超载系数上限解和刚性运动块体体系破坏模式。通过与现有的刚性块体极限分析上限法以及极限分析上、下限有限元法计算结果的对比分析,验证了上限解的可靠性。研究结果表明,(1)临界超载系数 黏聚力c之比 随土体内摩擦角 和隧道埋深C与直径D之比( )的增大而相应增大,随土体重度与黏聚力参数 的增大而减小;(2) 和 对隧道破坏模式的影响较明显; 增大,则隧道破坏范围增加;内摩擦角 增大,刚性运动块体破坏模式相互错动更加显著,相比而言, 对破坏模式的影响并不显著;(3)刚体平动运动单元上限有限元上限解精度高,所得刚性运动块体破坏模式具有滑移线形态,能精细地反映隧道失稳破坏特征。

关键词: 地表超载, 浅埋隧道, 稳定性, 上限有限元, 刚体平动运动单元, 破坏模式

Abstract: Stability and failure mechanism of shallow tunnel under surcharge loading is studied. The program is compiled based on finite element upper bound theory with rigid blocks translatory moving elements to obtain upper bound solution of critical surcharge coefficients and rigid block movements failure mechanism. Comparing with current results of rigid blocks upper bound solution and finite element upper and lower bound solutions of limit analysis, it is proved that the proposed upper bound solution is reliable. The results show that: critical surcharge coefficients increases with increment of soil internal frictional angle and ratio of depth to diameter of tunnel C/D; and decreases with increment of soil weight and cohesion factor ; C/D and have great influence on tunnel failure mechanism. Failure area expanded when C/D increases; as internal frictional angle increases, failure mechanism composed by rigid moving blocks mutually split up significantly. In contrast, influence of on failure mechanism is comparatively less potent. The proposed solution obtained for finite element upper bound method with rigid blocks translatory moving elements is accurate. Obtained failure mechanism composed by rigid moving blocks is presented as slip-lined shape, which precisely indicates characteristics of failure mechanism for unstable tunnel.

Key words: surcharge loading, shallow tunnel, stability, finite element upper bound method, rigid translatory moving elements, failure mechanism

中图分类号: 

  • U 452
[1] 朱彦鹏, 陶钧, 杨校辉, 彭俊国, 吴强, . 框架预应力锚托板结构加固高填方边坡 设计与数值分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 612-623.
[2] 孙锐, 杨峰, 阳军生, 赵乙丁, 郑响凑, 罗静静, 姚捷, . 基于二阶锥规划与高阶单元的 自适应上限有限元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 687-694.
[3] 苏永华, 李诚诚. 强降雨下基于Green-Ampt模型的边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 389-398.
[4] 王培涛, 黄正均, 任奋华, 章亮, 蔡美峰, . 基于3D打印的含复杂节理岩石直剪特性 及破坏机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 46-56.
[5] 戴国亮, 朱文波, 郭晶, 龚维明, 赵学亮, . 软黏土中吸力式沉箱基础竖向抗拔承载 特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 119-126.
[6] 刘顺青, 黄献文, 周爱兆, 蔡国军, 姜朋明, . 基于随机块石模型的土石混合边坡稳定性 分析方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 350-358.
[7] 王钦科, 马建林, 陈文龙, 杨彦鑫, 胡中波, . 上覆土嵌岩扩底桩抗拔承载特性离心 模型试验及计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3405-3415.
[8] 聂秀鹏, 逄焕平, 孙志彬, 谢松梅, 侯超群. 三维加筋边坡地震稳定性上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3483-3492.
[9] 朱才辉, 崔 晨, 兰开江, 东永强. 砖-土结构劣化及入侵建筑物拆除 对榆林卫城稳定性影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3153-3166.
[10] 陈冲, 王卫, 吕华永, . 基于复合抗滑桩模型加固边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3207-3217.
[11] 陈建功, 李 会, 贺自勇, . 基于变分法的均质土坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2931-2937.
[12] 刘新荣, 邓志云, 刘永权, 刘树林, 路雨明, . 地震作用下水平层状岩质边坡累积损伤与 破坏模式研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2507-2516.
[13] 蒋泽锋, 张戈, 朱大勇, 王军, . 锚固力作用下的边坡临界滑动场法研究与应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2799-2806.
[14] 王宏磊, 孙志忠, 刘永智, 武贵龙, . 青藏铁路含融化夹层路基热力响应监测分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2815-2824.
[15] 陈峥, 何平, 颜杜民, 高红杰, 聂奥祥, . 超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2154-2162.
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[1] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[2] 张文杰,陈云敏. 垃圾填埋场抽水试验及降水方案设计[J]. , 2010, 31(1): 211 -215 .
[3] 宫伟力,安里千,赵海燕,毛灵涛. 基于图像描述的煤岩裂隙CT图像多尺度特征[J]. , 2010, 31(2): 371 -376 .
[4] 万 智,董 辉,刘宝琛. 基于正交设计下SVM滑坡变形时序回归预测的超参数选择[J]. , 2010, 31(2): 503 -508 .
[5] 孙曦源,栾茂田,唐小微. 饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究[J]. , 2010, 31(2): 667 -672 .
[6] 王明年,郭 军,罗禄森,喻 渝,杨建民,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究[J]. , 2010, 31(4): 1157 -1162 .
[7] 胡勇刚,罗 强,张 良,黄 晶,陈亚美. 基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析[J]. , 2010, 31(7): 2207 -2213 .
[8] 谭峰屹,姜志全,李仲秋,颜惠和. 附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究[J]. , 2010, 31(7): 2214 -2218 .
[9] 柴 波,殷坤龙,肖拥军. 巴东新城区库岸斜坡软弱带特征[J]. , 2010, 31(8): 2501 -2506 .
[10] 杨召亮,孙冠华,郑 宏. 基于潘氏极大值原理的边坡稳定性的整体分析法[J]. , 2011, 32(2): 559 -563 .