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现代隧道技术 2017, Vol. 54 Issue (4) :97-106    DOI:
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复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析
(1 中南大学土木工程学院,长沙 410075;2 中南大学高速铁路建造技术国家工程试验室,长沙 410075)
Prediction and Analysis of Ground Displacement and Stress Caused by the Excavation of a Shallow-Buried Shield Tunnel in a Compound Stratum
(1 School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075; 2 National Engineering Laboratory for Construction Technology of High Speed Railway, Central South University, Changsha 410075)
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摘要 为揭示复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力,文章基于Покровский当层法,将该问题等效为求解均质地层位移及应力分布问题,结合Loganathan修正公式,推导了复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移、应变和应力分量表达式,构建了地层位移场分布预测模型。同时基于理论预测模型,对比分析了工程实例的预测位移与实测数据的差别,讨论了上下层土体弹性模量比 n、地层深度 z和土体泊松比μ对隧道开挖的影响;在分析含软弱夹层隧道开挖问题时,提出了软弱夹层等效厚度 K的概念。研究结果表明:随着 n的增加,地表最大沉降值 Smax、地表附加水平应力σx和竖向应力σz的最大值均有所减小;随着 z的增加,地层最大沉降值有所增大;随着μ 的增加,Smax有所减小,地表附加水平拉应力σx和竖向应力σz的最大值有所增加;当软弱夹层等效厚度 K增加,Smax有所增加;隧道施工时,上硬下软地层产生位移及应力扩散现象,上软下硬地层产生位移及应力集中现象。
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关键词:   
Abstract: To reveal the distribution of ground displacement and stress caused by the excavation of a shallow-bur? ied shield tunnel in a compound stratum, the Покровский equivalent layer method was applied to simplify the problem into a solution for the displacement and stress distribution in a homogeneous formation. Using the modified Loganathan′s formula, the expressions of ground displacement and strain component and stress component were deduced, and a displacement field distribution prediction model was established. Based on a theoretical prediction model, the predicted and measured values were compared, and the effects of elasticity modulus ratio n of the upper and lower soil layers, the depth of tunnel z and the Poisson ratio μ on tunnel excavation are also discussed. As for a tunnel excavation in a soft interbed stratum, the equivalent thickness K of the soft interbed stratum is introduced.The research results show that: 1) with an increase of the n value, the maximum surface settlement Smax, maximum additional horizontal stress σx and vertical stress σz decrease; 2) with an increase of the z value, the maximum settle? ment increases; 3) with an increase of the μ value, the Smax value decreases and the maximum additional horizontal stress and vertical stress increase; 4) with an increase of the K value, the Smax value increases; and 5) during tunnel construction, displacement and stress diffusion occur in the stratum that is hard at the upper part and soft at the lower part, while displacement and stress concentration occur in the stratum that is soft at the upper part and hard at the lower part.
KeywordsShield tunnel,   Stratum displacement,   Stratum stress,   Prediction model,   Compound stratum     
基金资助:

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51578550,51538009);中南大学研究生自主探索创新项目(2017zzts153).

作者简介: 作者简介:傅鹤林(1965-),男,教授,博士生导师,主要从事岩石力学及隧道工程等方面的教学与研究工作,E-mail: fu.h.l@csu.edu.cn. 通讯作者:张加兵(1991-),男,博士研究生,主要从事岩石力学、隧道工程等方面的研究工作,E-mail: zhang_jb1@sohu.com.
引用本文:   
.复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析[J]  现代隧道技术, 2017,V54(4): 97-106
.Prediction and Analysis of Ground Displacement and Stress Caused by the Excavation of a Shallow-Buried Shield Tunnel in a Compound Stratum[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2017,V54(4): 97-106
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2017/V54/I4/97
 
没有本文参考文献
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