深埋风积沙地层隧道掌子面失稳特征研究

发布时间：2024-02-28 01:30

　　研究目的:风积沙是一种黏聚力低、自稳能力差的土体,给隧道设计和施工带来很大困难。本文研究旨为揭示不同掌子面角度下深埋风积沙地层隧道的掌子面失稳特征,从而反馈设计施工。研究结论:(1)掌子面前方失稳区呈楔形状,再向上扩展形成封闭的灯泡状区域,随着掌子面角度增大,失稳区下部扩大,上部缩小,掌子面稳定性逐渐改良;(2)掌子面角度对于失稳区的纵向、横向尺寸影响不大,失稳区前边界约为掌子面前方1倍洞径处,横向跨度约为2倍洞径;(3)失稳土体中存在压力拱,其顶点位于拱底上方1～2倍洞径间,随着掌子面角度增大,失稳区形成的压力拱顶点在下移,跨度在减小;(4)本文推导了适用于深埋风积沙地层的掌子面支护力计算公式,并提出了相关设计施工建议;(5)本研究成果可应用于深埋风积沙隧道,尤其是台阶法或盾构法开挖的隧道。

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【部分图文】：

图1三轴试验

图1三轴试验2.2计算模型简化假设

图1三轴试验

通过休止角试验确定合适的摩擦系数与滚动摩擦系数组合，将其用于三轴数值试验中，用以确定其余的细观参数。三轴试验中，模拟围压取100kPa、200kPa和300kPa，对细观参数作出针对性调整，使数值试验的应力-应变曲线与室内三轴试验的应力-应变测量点基本一致，如图1(c)....

图2计算模型示意图

考虑到模型的边界效应，模型横向(X轴方向)取60m，纵向(Y轴方向)取50m，竖向(Z轴方向)取65m，隧道埋深取45m。球-墙体接触模型以及球-球接触模型均采用滚动阻力模型。模型示意如图2所示。通过改变掌子面角度，共设计4种工况。具体计算工况如表2所示。

图3位移分区图

为了形象展示地层变形及失稳区分布规律，对颗粒位移大小进行分组。遍历所有颗粒位移，并将位移按照0.2m的差值划分为10个位移区间，如图3所示。当围岩位移大于0.5m后位移等值线迅速加密，因此将颗粒位移大于0.5m区域作为颗粒坍塌范围。不同掌子面倾斜角度下围岩失稳形态细部纵向切....

本文编号：3913263