›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (7): 2681-2690.doi: 10.16285/j.rsm.2017.1620

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

上覆流沙层隧道开挖面稳定性分析与数值试验研究

李清川1,李术才1,王汉鹏1,张红军2,张 冰1,张玉强1   

  1. 1. 山东大学 岩土与结构工程研究中心,山东 济南 250061;2. 山东省地质科学研究院,山东 济南 250013
  • 收稿日期:2017-08-03 出版日期:2018-07-10 发布日期:2018-08-05
  • 通讯作者: 王汉鹏,男,1978年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程试验、灾变机制及防控方面的研究工作。E-mail: pcwli@163.com E-mail:liqingchuan211@163.com
  • 作者简介:李清川,男,1989年生,博士研究生,主要从事隧道工程理论与数值分析方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家重大科研仪器设备研制专项(No. 51427804);山东省自然科学基金面上项目(No. ZR2017MEE023)。

Stability analysis and numerical experiment study of excavation face for tunnels overlaid by quicksand stratum

LI Qing-chuan1, LI Shu-cai1, WANG Han-peng1, ZHANG Hong-jun2, ZHANG Bing1, ZHANG Yu-qiang1   

  1. 1. Research Centre of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan, Shandong 250061, China; 2. Shandong Geological Sciences Institute, Jinan, Shandong 250013, China
  • Received:2017-08-03 Online:2018-07-10 Published:2018-08-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Major Scientific Instruments Development Project (51427804) and Shandong Province National Natural Science Foundation (ZR2017MEE023).

摘要: 为解决上覆流沙层隧道开挖面极易发生坍塌破坏的技术难题,以典型该地质条件下的青岛地铁M2号线啤苗区间(啤酒城站至苗岭路站)为研究对象,基于开挖面的实际破坏特征建立了开挖面失稳破坏力学模型,从功能转化平衡角度,进行了隧道开挖面稳定性上限分析,并利用强度折减与重力加载两种方式,提出了隧道开挖面安全系数,得到了不同开挖面土体黏聚力、摩擦角、重度、隔水层厚度及隧道开挖高度下的临界土体破裂范围及破裂模式。理论研究表明:随着开挖面土体黏聚力、摩擦角、隔水层厚度等参数的增加,开挖面安全系数不断增大,稳定性不断提高;随着土体重度、隧道开挖高度增加,开挖面安全系数不断减小,稳定性不断降低。通过建立不同工况的数值模型验证了理论研究的正确性,得到了上覆流沙层地质条件下开挖面的典型破坏模式和临界参数,并提出了相应工程建议。研究成果为青岛地铁M2号线的顺利贯通及该类地质条件下的隧道施工提供了理论指导和科学对策。

关键词: 流沙层, 稳定性分析, 上限分析法, 安全系数, 数值试验

Abstract: In order to resolve the technical problem of tunnel face collapse in the tunnel which is overlaid by quicksand stratum, a typical tunnel below the dynamic water-rich and weakened sand stratum of Qingdao metro No.2 line (the section of Pi-Miao), was taken as a research model, and a failure mechanical model was established according to the actual destructive characteristics. Based on transformation equilibrium from work to energy, the upper bound analysis of tunnel face stability was conducted. By the upper bound analysis and the strength reduction/gravity loading method, the tunnel face safety factor was obtained, and the critical soil rupture range given different soil cohesions, frictional angles, densities, water-resisting layer thicknesses and tunnel excavation heights were obtained as well. The theoretical research showed that tunnel face safety factor increased and stability was enhanced with the increase of cohesion, frictional angle and water-resisting layer thickness, and safety factor and face stability decreased with the increase of density and tunnel excavation height. A series of numerical calculation models was established to verify the accuracy of theoretical research, which obtained typical failure modes and critical parameters of tunnel face overlaid by quicksand stratum. Results from this research provide theoretical guidance and scientific solutions to the transfixion of Qingdao No.2 metro line and other cases with similar geological conditions.

Key words: quicksand stratum, stability analysis, upper bound analysis method, safety factor, numerical experiment

中图分类号: 

  • U 451

[1] 周强, 黎康平, 段亚辉, 曹子君, 李典庆, . 基于广义可靠指标相对安全率的地基承载力 安全判据研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2052-2062.
[2] 肖明清, 徐晨, . 基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法探讨[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1690-1698.
[3] 刘一扬, 宋选民, 朱德福, 李竹. 大块度关键块动态结构力学行为及响应特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1019-1028.
[4] 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.
[5] 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.
[6] 张海娜, 陈从新, 郑 允, 孙朝燚, 张亚鹏, 刘秀敏, . 坡顶荷载作用下岩质边坡弯曲倾倒破坏分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2938-2946.
[7] 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.
[8] 吴关叶, 郑惠峰, 徐建荣. 三维复杂块体系统边坡深层加固条件下稳定性及 破坏机制模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2369-2378.
[9] 王 珍, 曹兰柱, 王 东, . 非均质边坡稳定性上限分析评价研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 737-742.
[10] 张龙飞, 吴益平, 苗发盛, 李麟玮, 康田. 推移式缓倾浅层滑坡渐进破坏力学模型 与稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4767-4776.
[11] 任晋岚, 陈曦, 王冬勇, 吕彦楠. 基于广义Hoek-Brown准则的瞬时线性化 强度折减技术[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4865-4872.
[12] 李典庆, 周强, 曹子君, . 基于广义可靠指标相对安全率的岩土工程 设计安全判据[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3977-3986.
[13] 袁 亮, 刘业娇, 田志超, 唐春安, 薛俊华, 段昌瑞, 张 寒, . 地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯数值试验与应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 370-378.
[14] 尹小涛,薛海斌,汤 华,任兴文,宋 罡,. 边坡局部和整体稳定性评价方法的辩证统一[J]. , 2018, 39(S1): 98-104.
[15] 尹小涛,严 飞,秦雨樵,周 磊,王东英, . 地震作用下华丽高速公路金沙江桥华坪岸顺层边坡动力稳定性评价[J]. , 2018, 39(S1): 387-394.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!