岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (S1): 227-236.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0879

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

竖井掘进机撑靴井壁土体极限承载力研究

李超1，李涛1，荆国业2，肖玉华1   

  1. 1. 北京交通大学 城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044；2. 煤炭科学研究总院 建井研究分院，北京 100013
  • 收稿日期:2019-05-15 修回日期:2019-10-16 出版日期:2020-06-19 发布日期:2020-06-09
  • 通讯作者: 李涛，男，1960年生，博士，教授，博士生导师，主要从事地下工程、环境岩土工程方面的教学与研究。E-mail：taoli@bjtu.edu.cn E-mail:16115307@bjtu.edu.cn
  • 作者简介:李超，男，1990年生，博士研究生，主要从事隧道与地下工程围岩稳定方面的研究工作
  • 基金资助:
    中央高校基本科研业务费专项资金（No.2017YJS157）；国家重点基础研究发展计划项目（973计划）（No.2014CB046906）；天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项（No.2018-TD-ZD003）。

Study on the ultimate bearing capacity of surrounding soil underlying gripper of shaft boring machine

LI Chao1, LI Tao1, JING Guo-ye2, XIAO Yu-hua1   

  1. 1. Key Laboratory of Urban Underground Engineering of Ministry of Education, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. China Coal Research Institute, Mine Construction Branch, Beijing 100013, China
  • Received:2019-05-15 Revised:2019-10-16 Online:2020-06-19 Published:2020-06-09
  • Supported by:
    This work was supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities(2017YJS157), the National Program on Key Basic Research of China (973 program)(2014CB046906), and Science and Technology Innovation Funds of Tiandi Science & Technology Co., Ltd. (2018-TD-ZD003).

PDF (Chinese)

108

摘要： 竖井掘进机在土层中掘进时，如果撑靴井壁土体无法提供足够的承载力，会产生撑靴推进反力不足、掘进机姿态难以控制等问题，严重时甚至导致井壁失稳，因此需要研究撑靴作用下井壁土体的极限承载力。以国内研制的首台矿山型竖井掘进机为依托，采用数值模拟方法对掘进过程中撑靴侧壁土体的受力和变形进行分析，确定撑靴作用下井壁土体的破坏模式为剪切滑移破坏。基于井壁土体破坏模式，假定破坏面为对数螺旋线和直线旋转曲面的组合，分析破坏面上的应力分布。采用土体塑性极限平衡法，推导竖井掘进机撑靴作用下井壁土体的极限承载力公式。将理论分析结果与数值模拟结果进行对比和分析，表明该公式的合理性。研究结果对于土层中竖井掘进机撑靴的设计及井壁稳定性的评估有重要的指导意义。

关键词: 竖井掘进机, 撑靴, 土体, 破坏模式, 极限承载力

Abstract: When shaft boring machine is tunnelling in strata, the inadequate bearing capacity of the surrounding soil underlying gripper can lead to insufficient propulsion, inability of excavation direction control and even shaft instability, therefore, it is necessary to study the ultimate bearing capacity of the surrounding soil underlying gripper. Based on the first mine-type shaft boring machine developed in China, the interaction between the gripper and soil is herein investigated by numerical simulation and the failure mode of the soil underlying gripper is determined to be shear-slip failure. Based on the failure mode simulated and the assumption made to treat the fracture face of surrounding soil under gripper as a combination of logarithmic helix and linear rotating surface, the stress distribution on the fracture face is analysed. Then, the formula of ultimate bearing capacity of surrounding soil underlying gripper is derived using the plastic limit equilibrium theory. Finally, the formula of ultimate bearing capacity is compared and analysed with the numerical simulation results to show its rationality. The results of this investigation can provide important guidance to the gripper design of shaft boring machines and stability evaluation of surrounding soil underlying shaft boring machine’s gripper in different conditions.

Key words: shaft boring machine, gripper, soil, failure mode, ultimate bearing capacity

中图分类号: 

  • TU 443
[1] 鲍宁, 魏静, 陈建峰. 桩承式路堤土拱效应三维离散元分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 347-354.
[2] 黄巍, 肖维民, 田梦婷, 张林浩, . 不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2349-2359.
[3] 赵明华, 彭文哲, 杨超炜, 肖尧, 刘亚楠. 斜坡地基刚性桩水平承载力上限分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 727-735.
[4] 孟庆彬, 钱唯, 韩立军, 蔚立元, 王丛凯, 周星, . 极弱胶结岩体再生结构的形成机制 与力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 799-812.
[5] 杨学祥, 焦园发, 杨语驿, . 充气膨胀控制锚杆的研制与试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 869-876.
[6] 江南, 黄林, 冯君, 张圣亮, 王铎, . 铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 999-1009.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 孙来宾, 肖世国, . 抗滑桩受荷段前侧有限范围地层的 地基抗力系数取值方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 278-284.
[10] 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.
[11] 窦锦钟, 邵雪莹, 廖晨聪, 陈锦剑, . 不同夯点布置形式下群夯加固效果研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 527-534.
[12] 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.
[13] 李 贤, 汪时机, 何丙辉, 沈泰宇, . 土体适用MICP技术的渗透特性条件研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2956-2964.
[14] 张治国, 黄茂松, 杨 轩, . 基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动 诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3135-3144.
[15] 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.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发