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砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究_缪林昌

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三轴剪切条件下水泥胶结砂声发射特征信息演化规律研究

三轴剪切条件下水泥胶结砂声发射特征信息演化规律研究

第 55 卷第 2 期2024 年 2 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.2Feb. 2024三轴剪切条件下水泥胶结砂声发射特征信息演化规律研究刘昂1, 2，张尔康1，林文丽3(1. 南京工业大学 交通运输工程学院，江苏 南京，211816；2. 南京智慧岩土工程技术研究院有限公司，江苏 南京，211899；3. 东南大学 交通学院，江苏 南京，211189)摘要：结合声发射(AE)传感装置开展考虑水泥掺入比、围压等条件的水泥胶结砂排水三轴试验。

研究结果表明：水泥胶结砂的AE 特征信息演化规律与应力−应变曲线具有较好的对应性；累计AE 事件随水泥掺入比的增大而减小，这与水化物的增加抑制了砂颗粒间滑移密切相关；随围压增大，累计AE 事件增大，同时促进了AE 信号在介质中的传播和胶结的断裂；随着水泥掺入比增加、围压降低，水泥胶结砂破坏形态由鼓胀破坏逐渐向剪切带破坏过渡。

关键词：声发射；水泥胶结砂；水泥掺入比；三轴剪切；破坏模式中图分类号：TU411 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）02-0618-10Evolution of acoustic emission characteristic of cemented sandsubjected to triaxial compression testsLIU Ang 1, 2, ZHANG Erkang 1, LIN Wenli 3(1. College of Transportation Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China;2. Nanjing Intelligent Geotechnical Engineering Technology Research Institute, Nanjing 211899, China;3. School of Transportation, Southeast University, Nanjing 211189, China)Abstract: A series of drained triaxial compression tests, incorporated with acoustic emission(AE) measurement system, were conducted on cemented sands with various cement mixing ratios under different confining stresses. The results show that the evolution of AE characteristic information of cement-bonded sand has a good correspondence with the stress-strain curve. The cumulative AE hits linearly decrease with the increase of cement收稿日期： 2023 −04 −05； 修回日期： 2023 −06 −01基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(42102319)；江苏省自然科学基金资助项目(BK20210259)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2242022k30055) (Project(42102319) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(BK20210259) supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu Province; Project (2242022k30055) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)通信作者：林文丽，博士，副教授，从事岩土材料宏微观力学特性、声发射智能感测技术在岩土工程中的应用等研究；E-mail ：****************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.02.015引用格式： 刘昂, 张尔康, 林文丽. 三轴剪切条件下水泥胶结砂声发射特征信息演化规律研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(2): 618−627.Citation: LIU Ang, ZHANG Erkang, LIN Wenli. Evolution of acoustic emission characteristic of cemented sand subjected to triaxial compression tests[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(2): 618−627.第 2 期刘昂，等：三轴剪切条件下水泥胶结砂声发射特征信息演化规律研究mixing ratio, attributed to the restraining effect of the hydration products on micromechanical behaviors dominated by the frictional sliding of sand particles. While the cumulative AE events increase with the increase of confining stress, primarily due to the higher confining stress promoting the propagation of the AE signal in the medium and the fracture of the cementation. The failure pattern of cemented sand gradually shifts from bulging failure to shear band failure with the increased cement mixing ratio and decreased confining stress.Key words: acoustic emission; cemented sand; cement mixing ratio; triaxial compression tests; failure pattern国家“一带一路”“海洋强国”等国家重大战略的实施推动了一大批重大工程建设。

河海大学土木与交通学院研究生指导教师基本信息2010.9

河海大学土木与交通学院研究生指导教师基本信息2010.9

桥梁工 程研究 所
郑长江 袁黎
说明：此表仅为本学院在编研究生指导教师，不含本校跨学院、跨学科专业或外校研究生指导教师。
高明军 王 伟
石崇 安全与 防灾工 程研究 所 隧道与 城市轨 道工程 研究所 刘汉龙 刘 军 张富有 王 媛 钟小春 吴胜兴
男 男 男 男 女 男 男 √ √ √
√ √ √ √ √ √ √
岩石力学与工程；岩石高边坡与地 下工程 土动力学与工程抗震减灾；软土力 学与地基处理 散体力学与离散元法；爆炸灾害预 防与控制 工程抗震；防灾减灾 岩土工程渗流破坏与控制；裂隙岩 体渗流及其与应力场的耦合研究 盾构隧道设计；隧道健康检测 现代混凝土结构早期裂缝机理及成 套控制技术研究；混凝土动态性能 研究；钢筋混凝土结构仿真分析 钢结构和钢与混凝土组合结构的性 能与设计研究；水工金属结构的性 能与设计研究；钢结构火灾后的可 钢结构稳定分析；数值计算；水工 金属结构的安全分析与加固研究 钢筋混凝土结构设计理论；工程结 构加固、改造、移位技术 混凝土动态力学性能；复合材料工 程应用；混凝土结构基本理论及近 代计算方法 混凝土结构基本理论及近代计算方 法；工程结构抗震试验方法与性能 设计 钢筋混凝土结构结构基本理论；结 构动力分析 新型结构与钢-砼组合结构性能与设 计、混凝土结构基本理论及近代计 算方法 大跨度结构风振动力性能；材料冲 击动力试验 大跨度钢结构；预应力混凝土结构 钢桥搞震；维护及灾害修复；钢与 混凝土组合结构桥梁 桥梁抗震；海岸桥梁灾害 新型预应力混凝土桥梁设计理论； 桥梁监控与加固技术 岩土工程测试技术；可靠度理论在 岩土工程中应用 土的静动力特性；路基工程 高速公（铁）路铺面技术与质量控 制；高速公路路面结构与材料 公路工程技术；道路边坡处治技术 交通运输规划与管理；交通安全 交通运输规划与管理；交通控制与 安全 道路交通与安全、交通运输规划与 管理、交通信息控制

盾构施工渗流场有限元模拟及其对临近土层的影响分析

盾构施工渗流场有限元模拟及其对临近土层的影响分析

ｔｅＦ Ｍ （ ｎｔ ｅｅ ｎ ｍｅ ｏ ）ｓｆ ａｅ Ａ Ｙ ｕ ｃ ｏ ｆｔｍｐｒｔ ｅｆ ｌ ｎｌｓ ．ａ ｄ ａ ｈ Ｅ ｉ ｅ ｍｅ ｔ ｔ ｄ ｏｔ ｒ ＮＳ Ｓ ｆｎ ｔ ｎ ｏ ｆ ｉ ｌ ｈ ｗ ｉ ｅ ｅａ ｒ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｕ ｉ ｄ ｙｓ
ｓ ｅ ａ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｓ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｕ ｉ ｇ ｐ ｏ ｒ ｍ ｅ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｌｎｇ ｇ １ Ｌ ｆ ＮＳＹＳ ｐ ｒｍ ｅｒｃ ｅ ｐ ｇ ｒ ｇ ａ ｗａ ｅ ｅｏ ｅ ｓ ｒ ｇ ａ ｒ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ａ ｕａ ｅ Ａ ｉｓ ． ０ １—０ ０ ． ０ ０． ５ ０ ５ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ ５ ５ ２ １ ０ ． ３
盾 构 施 工 渗 流 场 有 限 元 模 拟 及 其 对 临 近 土 层 的 影 响 分 析
黎 春 林 缪林 昌
（ 东南大学岩土工程研 究所 ， ‘ 南京 ２ ０ ９ ） １０ ６ （ 铜 陵 学 院 土 木 建筑 系 ， 陵 ２ ４０ ） 。 铜 ４ ０ ０
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｍ ｉａ ｉ ｆ ｔ ｅ ｇ ｖ ｒ ｉ ｇ ｅ ｕ ｔｏ ｎ ｏ ｎ ａ ｙ ｃ ｎｄｔｏ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｔａ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｌｒｔ ｏ ｈ ｏ ｅ ｎ ｎ ｑ ａｉ ｎｓ ａ ｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ｉ ｎｓｂ ｔ ｅ ｈｅ ｙ ｉ
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土体流变性概述

土体流变性概述

土体的流变性研究姓名：学号：4160146120XX学院：建筑工程学院专业：建筑与土木工程摘要：简述土体的流变理论，对土体流变性的研究方法和流变模型都分别做了分类阐述及评价，并概述了土的流变试验，对土的流变特性研究发展趋势提出了几点意见。

关键字：流变性研究方法流变模型流变试验一、土体的流变理论土体变形与应力和时间有关的现象称为土体的流变现象。

土的流变机理在于:在骨架应力(有效应力)作用下,土颗粒表面吸附水(气)具有粘滞性,从而使颗粒的重新排列和骨架体的错动具有时间效应,土体变形延迟,即变形与时间有关；而另一方面土体变形受到边界约束,这种约束有阻挡蠕动变形发展的趋势,因此,土体内部应力随之逐步调整,即应力也与时间有关。

土体的流变性是土的重要的工程性质之一。

在工程实践中，土体的流变现象主要包括以下几个方面。

1、蠕变——即恒定应力作用下变形随时间增长的现象。

2、松弛——即恒定变形的情况下应力随时间衰变的现象。

3、流动——即给定的时间的变形的速率随应力变化的现象。

4、长期强度随受荷历史变化的现象。

土体的流变变形分为压缩和剪切两大类。

在沉降分析中主要考虑土体受压时的流变特性，强度问题则主要研究土体受剪时的流变特性。

土体的流变性质首先与土体的结构有关，无论砂性土还是粘土都具有一定程度的流变性质。

土的流变性质还与应力大小和温度有关。

二、土体的流变性的研究方法流变性是土的重要特性之一，早在1948年荷兰学者Genie E．C．W．A和我国学者陈宗基开始了土的流变性的研究，应用实心圆柱土样的扭转试验，验证了Bingham 粘滞塑性流动定律对土的适用性，最早创立了土流变学。

在1953 年第三届国际土力学和基础工程会议( ICSMFE) 上，提出了蠕变变形直接或间接地对土力学的所有过程起作用，蠕变研究将影响土力学将来的发展，随后，广泛展开了对土体流变性的研究，取得了大量的成果，并成为土力学研究的热点。

土体流变性质研究可以从微观、细观或宏观表现展开。

土木建筑学院承担省部级以上科研项目

土木建筑学院承担省部级以上科研项目
2010.01-2011.12
1.0
尹楠讲师
安徽省高校优秀青年基金
61
深井多圈管冻结壁融化温度场特征与工程应用研究（2011SQRL043）
2011.01-2012.12
1.0
张瑞博士
安徽省高校优秀青年基金
62
深冻结井壁高强高性能混杂纤维混凝土的试验研究（2011SQRL044ZD）
2011.01-2012.12
40.0
程桦教授
国家自然科学基金项目
10
加载速率﹑温度对岩石类材料动态断裂韧度影响的理论与试验研究及相关机理分析（50874004）
2009.01-2011.12
38.0
宫能平教授
国家自然科学基金项目
11
新型高威力煤矿许用水胶炸药研制（2007BAK28B02）
2007.01-2010.12
100.0
颜事龙教授
国家“十一五”支撑计划课题
12
煤矿深井大断面硬岩巷道高效掘进技术（2007BAK28B04）
2007.01-2010.12
100.0
傅菊根教授
国家“十一五”支撑计划课题
13
千米级深井基岩快速掘砌关键技术及装备研究（2008BAB33B00）
2008.01-2010.12
20.0
宗琦教授
国家“十一五”支撑计划课题
5.0
姚兆明副教授
安徽高校省级自然科学研究项目
46
巨厚表土层冻结井筒钢骨-钢板高强混凝土复合井壁结构研究（KJ2012A094）
2012.01-2013.12
5.0
蔡海兵副教授
安徽高校省级自然科学研究项目
47
主动式多级张拉无含侵混杂纤维布延性加固梁式结构研究（KJ2012A095）

211110637_地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析

211110637_地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析

DESIGN & CALCULATION设计计算地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析郑权恒，郑宝瑞，冯岩岩，武龙堂，刘如松（中冀建勘集团有限公司，河北石家庄 050227）［摘要］文章对盾构施工的控制原则、力学原理与邻近群桩动态预测进行了分析，基于实际工程开展了数值模拟分析，探究了分别处于穿越群桩以及穿越一般底层这两类情况下地铁盾构的土体位移状况，对比数值模拟分析结果并得出相关结论。

［关键词］地铁盾构；数值模拟；地表位移［中图分类号］U231+.3 ［文献标识码］A ［文章编号］1001-554X（2023）04-0127-04 Numerical analysis of construction displacement of subway shield tunneling through buildings ZHENG Quan-heng，ZHENG Bao-rui，FENG Yan-yan，WU Long-tang，LIU Ru-song现今在我国有关地铁盾构隧道施工的相关研究比较丰富，尤其是有关地表沉降的研究，但是在这些研究中很少会考虑施工相关因素以及地质特性，通常都是以介质随机理论作为研究基础。

而在有关穿越高层建筑桩基托换的研究一般分析对象都是单桩或者单孔隧道，有关双线盾构施工力学的研究则大多依托于经验并不深入，在实际的施工活动中很难实现良好控制。

本文基于某地铁盾构隧道的施工状况，借助FLAC3D软件进行三维数值模拟分析，探究处于不同情况下地铁盾构的位移状况，对盾构隧道周围相关建筑物产生的影响作了评价，并针对施工安全控制工作提出了相关建议。

1 盾构施工控制原则1.1 盾构施工法在地铁隧道的施工中应用盾构法，因为是部分出土甚至全部不出土，所以地层会受到来自施工活动的较大影响进而会造成地表沉降的现象发生。

而发生地表沉降时具体沉降部位的分布与范围大小主要是受到盾构掘进的相关施工活动的控制。

一种将线性粘弹微分型本构方程应用到ABAQUS的方法_潘晓明

一种将线性粘弹微分型本构方程应用到ABAQUS的方法_潘晓明

( 10)
松弛剪切模量可以表示为 Prony 级数的形式 , 即
n
G( t)= G∞ + ∑ Gi · ex p( -t/ τ i) .
i =1
( 11) ( 12)
比较式( 10) ,( 11) , 并进行归一化处理 , 可得 G( t)= G0 ·[ g1 · exp( -t/ τ 1)+g2 · ex p ( -t/ τ 2) ]. G ∞ = 0 , G0 = GM , g1 = 1 GK 1 GK ( -β ) , g2 = ( α - ) , ( α -β )η ′ K ( α -β) η ′ K 1 1 , τ 2 = . β α ( 13)
2 算例验证
验证算例为一个三维 C3D8 单元试件 , 如图 2 所示 .件长 、宽 、高均 为 1 m , 试件底部固定 , 顶部受均布压力 p 进行蠕变试验数值模拟 , 以及 施加恒定位移进行松弛试验数值模拟 . 材料基本参数 : EH 为 2. 0 M Pa , 泊松比 μ为 0 . 25 , E M 为 2 . 0 MP a , η M 为 21 . 6 M P a · 月 , EK 为 2 . 0 MP a , η K 为 21 . 6 M Pa · 月 . 通过式( 13) ～( 17) , 将微分型本构 Burger 模型 、Merchant 模型及 Poy ningT hom son 模型参数转换为可供 ABAQUS 调用的输入参数 . ( 1)Burge r 模型的一维蠕变和一维松弛解析解为 ε ( t)= EK 1 +1 + 1( 1 -ex p( - t) )σ 0 , η M EK η K EM
第 31 卷 第 5 期 2010 年 9 月
华 侨 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Jour nal of H uaqiao U niver sity ( Na tur al Science)

【国家自然科学基金】_隧洞施工_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

【国家自然科学基金】_隧洞施工_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 动-静应力耦合 54 下穿交叉隧洞
1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82
2011年 科研热词 隧洞 深埋隧洞 岩石力学 tbm 高地应力 数值模拟 锦屏ii级水电站 监测 微震监测 岩爆 黏弹塑性模型 颗粒流 隧道掘进机(tbm) 隧道快速无损检测 隧道工程 隧洞掘进机(tbm) 长距离引水隧洞 锦屏二级水电站 锦屏ⅱ水电站 适应性 输水隧洞 软岩隧洞 软岩 调控策略 裂隙岩体 衬砌 表面波探测 脆性破坏 能量指数 结构面 突泥 突水 稳定性分析 离散元 破碎带 破坏模式 监控量测 瓦斯爆炸 现场监测 渗流-应力耦合 混凝土质量 流变 泥岩 水利工程 极强岩爆 本构模型 有限元 曹娥江引水工程 时空效应 时效变形 早龄期混凝土 施工预测模型 推荐指数 4 4 4 4 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62
动态仿真 冷缝 三维有限元 三维地质模型 tsp203系统 tsp tbm施工 tbm h-k模型 abaqus
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67
垂直地应力 地质预测 地质灾害 地下水运移 围岩 反演分析 原型观测 厚度 冷缝 光面爆破 下穿隧道 上下楔形大掏槽 一致性 tbm施工 markov过程

基于运动波壤中流理论与无限边坡稳定分析理论的滑坡预测模型

基于运动波壤中流理论与无限边坡稳定分析理论的滑坡预测模型
(1.福州大学土木工程学院，福建福州350108; 2.台湾海洋大学河海工程学系，台湾基隆20224)
摘要:滑坡往往发生在强降雨时期的陡峭山坡区域，建立滑坡预测模型是山坡地防灾重要策略之一。结合山坡
运动波壤中流理论与无限边坡稳定分析理论,构建了降雨型浅层滑坡的预测模型。首先，根据运动波壤中流理论
对坡面进行产汇流计算得到出口断面径流过程线及土壤蓄水量随时间与空间变化过程;然后，研究坡面出口处
JIN Booming , LIN Peng , LEE Kwantun
(1.College ofCivil Eng., Fuzhou Univ., Fuzhou 350108, China; 2.Dept. ofRiver and Harbor Eng., Taiwan Ocean Univ., Keelung 20224, China) Abstract: Landslides often occur in steep mountain areas during heavy rainstorms. Establishing landslide prediction models is one of the essen­ tial strategies for disaster prevention in mountain areas. The kinematic subsurface-flow approximation and the infinite-slope instability analysis were used to develop a rainfall-induced shallow landslide prediction model. Firstly, the runoff hydrograph and the temporal variation of soil water storage were obtained by calculating the runoff yield and concentration of slope according to the theory of the kinematic subsurface-flow approx­ imation. Then the temporal variation characteristics of saturated water level was studied. Finally, based on the theory of the infinite-slope instabil­ ity analysis, and the analyzed slope stability the temporal variation of factor of safety was calculated. The Namasia District in Kaohsiung of Taiwan was chosen as a studied area to test the applicability of the model. It was found that the predicted location of landslide occurrence during Typhoon Morakot is consistent with those obtained from satellite images, and the values of the calibrated model parameters are consistent with physical meanings, which shows that the physically based model has good reliability. Moreover, the variation of the slope factor of safety was analyzed by applying double-peak design hyetographs with different rainfall peaks. The result showed that when the rainfall increases, the subsur-

广西南宁市第三系膨胀岩土分布区地质灾害发育特征

广西南宁市第三系膨胀岩土分布区地质灾害发育特征
天然状态下膨胀岩土处于不饱和状态非饱和膨胀岩土的抗剪强度随含水量变化而变化有关这方面的研究前人已做了不少的研究工作利用水分特征曲线来研究水分迁移对膨胀土的力学特性的影响缪林昌等提出了吸力对非饱和土强度的贡献观点非饱和土强度随吸力变化而变化吸力对膨胀土体的强度有较显著的影响土体中的含水量不同对应的吸力就不同含水量高吸力小饱和状态时吸力为零强度最低
表 !) 岩土体膨胀性指标表 分类名称 非膨胀性 膨胀性 弱 中 强 分级标准 !?7 !?7 @ &’A & !?7 !&’A & &’ A " !?7" "+A "+ A " !?7" /’A !?7! /’A
根据 《 广西膨胀土地区工业与民用 建筑勘察、 设计、 施工 和维护条例》 判别和分级， 第三系膨胀岩土中， 粘土质岩 及其 风化形成的粘土为"! 亚类； 粉砂 质粘土 岩及其 风化形成 的 粉质粘土为"$ 亚类。 各类 膨胀 土的 判别 指标 界限 值见 表 $， 膨胀土的胀缩等级划分见表 ( 。
注： 判别时如有一项指标不满足， 则判为非膨胀土。 表 ." 膨胀土胀缩性等级划分表 胀缩指标 胀缩等级 强" 的 中等的 弱" 的 胀缩总率 #/0 （%） ) *2 3 !2 3 4 *2 3 (2 1 4 !2 3 膨胀率 #/12 3 （%） ) 12 + 12 1 4 12 + 12 1 4 12 +
!" 前" 言
) ) 近年来南宁市第 三系膨 胀岩 土分 布区成 为城 市重点 开 发地区， 而该 区因人类工程活动引发的地 质灾害频繁。 据统 计， 从 !//’ 年以来本 区发 生地 质灾 害 (# 起， 直 接经 济损 失 约 "!’* #+ 万元， 成为南宁市地质灾 害发生率 最高、 经济 损失 最严重的地区。

ANSYS 基于Biot 固结理论流固耦合模型及应用

ANSYS 基于Biot 固结理论流固耦合模型及应用

UX，UY，PRES UX，UY，PRES UX，UY，UZ，PRES UX，UY，UZ，PRES UX，UY，UZ，PRES
二维，4 节点，位移和孔隙压力为线性的 二维，8 节点，位移和孔隙压力为二次的 三维，8 节点，位移和孔隙压力为线性的 三维，20 节点，位移和孔隙压力为线性的 三维，20 节点，位移为四面体二次的，孔隙压力为线性的
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
深度y/a
(a) CPT212
(b) CPT213
图 2 超孔隙水压力随深度变化曲线
图 2 表示了超孔隙水压力随深度的变化曲线，CPT2 计算精度明显要低于 CPT213 的计算结果的计算
精度，当 a=2 时，计算结果的离散性较大，随着网格的加密，计算结果也越接近文献值，但是增加幅度不
2 模型基本理论
2.1 基本公式
流固耦合主要是固体骨架的变形和流体的耦合，孔隙介质的固结伴随着流体压力的消散，这一过程与 时间相关。ANSYS 把孔隙介质作为多相体使用扩展 Biot 固结理论来模拟空隙介质流，假定介质为单相流 饱和体。Biot 固结理论是 Biot 于 1941 年首次基于严格固结机理推导的能准确反映孔隙压力消散与土骨架 变形之间耦合作用的真三维固结理论[3]，该理论考虑了孔隙水渗流、体现了固结随时间不断发展过程；与 Terzagi 一维固结理论相比，Biot 固结理论考虑了土骨架变形与孔隙水渗流之间的耦合，是固结三维理论[4]。 饱和体中任一点的孔隙压力和位移随时间的变化，须同时满足平衡方程和连续性方程式，将两者联立起来， 便是 Biot 固结方程，可表示为[5]：

地铁隧道爆破开挖引起地表位移沉降的数值模拟

地铁隧道爆破开挖引起地表位移沉降的数值模拟

地铁隧道爆破开挖引起地表位移沉降的数值模拟何忠明;蔡军;王利军;罗欣;卫晓波【摘要】以珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程隧道为依托工程,针对地表受到隧道开挖及爆破的影响引起的沉降问题,运用有限差分软件FLAC3D建立隧道开挖的数值模型,模拟隧道在爆破荷载作用下引起的地表沉降并分析其沉降规律.研究结果表明:在隧道单线洞壁施加爆破荷载后,隧道掌子面和一定范围内的开挖区地表位移沉降对隧道爆破开挖的响应较大,其地表沉降最大值为21.48 mm;在单线隧道爆破开挖引起地表沉降稳定后,进行第2条线隧道爆破开挖时,随着隧道已开挖区至隧道掌子面的距离增大,隧道地表最大位移沉降位置由两线隧道中心向两线隧道地表转变,沉降幅度与到隧道掌子面的距离有关;距隧道开挖掌子面越近,沉降量越大,最大沉降为32.99 mm.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)009【总页数】7页(P3496-3502)【关键词】隧道;爆破开挖;地表沉降;冲击荷载【作者】何忠明;蔡军;王利军;罗欣;卫晓波【作者单位】长沙理工大学特殊环境道路工程湖南省重点实验室,湖南长沙,410114;长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙,410114;长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙,410114;广州市地下铁道总公司建设总部,广东广州,510380;广州市地下铁道总公司建设总部,广东广州,510380;广州市地下铁道总公司建设总部,广东广州,510380【正文语种】中文【中图分类】TU94+1建设地铁不仅能释放城市地面空间、优化交通结构、美化城市环境，而且对市民的出行交通带来便利。

然而，在城市隧道建设过程中势必会对隧道地表的土层造成一定的扰动，使土基发生变形。

建筑物直接与地表土层相连，所以，施工过程会对土层产生扰动引起土基变形，会使地表建筑物产生不均匀沉降、沉陷、倾斜、开裂等危害[1−3]，对人们的日常生活带来很大影响，故在进行爆破开挖施工时，严格控制地层变形是城市隧道建设施工过程首要考虑的问题。

正交下穿截污管盾构开挖面被动失稳颗粒流模拟研究

正交下穿截污管盾构开挖面被动失稳颗粒流模拟研究
学参数见表 １ꎮ
图 １ 区间隧道正穿截留污水管横剖面位置关系图
Ｆｉｇ １ Ｉｎｔｅｒｖａｌ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ
ｓｅｗａｇｅ ｐｉｐｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｄｉａｇｒａｍ
由于盾构隧道与既有管道之间的垂直净
的失稳机理ꎮ Ｚ. Ｙ. Ｙｉｎ 等
[９]
采用三维离散
构隧道正交下穿截污管施工工况ꎬ建立二维
元与有限差分耦合法ꎬ研究了土体颗粒形状
颗粒流数值模型ꎬ旨在从细观角度探究盾构
对隧道开挖面被动破坏模式和支护压力变化
隧道下穿管道施工中因支护压力过大引起的
趋势的影响ꎮ
开挖面被动失稳问题ꎮ
目前ꎬ越来越多的学者开始对盾构隧道
沿盾构开挖方向的两滑动面不对称ꎮ 张孟喜
ꎮ 针对盾构隧道开挖面稳定性问题ꎬ国
等 [１１] 建立了盾构隧道正交下穿数值模型ꎬ分
内外学者借助理论分析、模型试验和数值模
析了 开 挖 面 塌 陷 失 稳 破 坏 模 式ꎮ Ｆ. Ｘｕｅ
拟等多种方法进行了大量研究ꎮ 在理论分析
等 [１２] 基于二维颗粒流数值模型ꎬ分析了由于
距较小ꎬ在盾构掘进过程中一旦发生开挖面
失稳现象ꎬ将会对土体造成强烈的干扰ꎮ 此
外ꎬ截污管的存在也会对开挖面稳定性产生
图 ２ 颗粒级配
一定的影响ꎮ 因此ꎬ笔者以左线下穿截污管
Ｆｉｇ ２ Ｇｒａｉｎ ｇｒａｄａｔｉｏｎ
至ꎮ 其中下穿东部截留污水管区间隧道外径
６ ２ ｍꎬ 内 径 ５ ５ ｍꎬ 在 里 程 右 ＤＫ３２ ＋
２. １ 细观参数标定
４７７ ０ ~ 右 ＤＫ３２ ＋ ４８９ ０、左 ＤＫ３２ ＋ ４９３ ５ ~

河海大学博士论文

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河海大学博士论文一键搜索>>>1 : 21世纪初我国充分就业及其实现途径研究(胡金波)2 : 21世纪领导人才可持续发展方略研究(苏春海)3 : Agent理论及其在水利水电工程中的应用研究(杨汉成)4 : DASB、W-SFCW特性及联合工艺处理生活污水的研究(何成达)5 : FDI对中国制造业技术进步的影响机制和效应研究(冯跃)6 : GPS和伪卫星组合定位技术及其在形变监测中的应用研究(杨光)7 : GPS精密变形监测数据处理方法及其应用研究(兰孝奇)8 : Lattice Boltzmann方法的理论及其在水力计算中应用的研究(王兴勇)9 : On the Structural Response of Armour Units(刘宙)10 : Web构件模型研究及其在水利领域中的应用(费玉奎)11 : 坝基老化岩－水－化学作用数值模拟研究(阿里木·吐尔逊)12 : 半湿润地区水生态环境恢复研究(倪深海)13 : 饱和－非饱和土中氟运移规律动态实验及数值模拟研究(张红梅)14 : 饱和砂土不排水动力特性及多机构边界面塑性模型研究(丰土根)15 : 饱和砂土动力弹塑性模拟及地震反应分析研究(魏迎奇)16 : 泵站水流运动特性及水力性能数值模拟研究(成立)17 : 边坡稳定可靠性分析(王保田)18 : 变分差分法及其在拱坝分析中的应用(邓思华)19 : 波浪剩余动量流的垂向分布及其在波流相互作用三维数值模拟中的应用(郑金海)20 : 不连续介质的力学模型及其应用(赵宁)21 : 布隆迪共和国微水能资源开发的研究((布隆迪)劳赛夫(Nzeyimana Joseph))22 : 材料动力特性研究(郑永来)23 : 参数优选算法研究及其在水文模型中的应用(杨晓华)24 : 层状砂井地基固结分析及其工程应用(刘加才)25 : 层状岩体边坡工程力学参数研究(巫德斌)26 : 层状岩质边坡工程安全监控建模理论及关键技术研究(陈志坚)27 : 掺MgO微膨胀混凝土结构的温度应力及其有效应力法研究(梅明荣)28 : 潮流波浪泥沙模型变率影响研究(窦希萍)29 : 潮汐电站厂房浮运结构的浮运稳定和结构优化分析(范波芹)30 : 成层弹性地基上板的计算(王林生)31 : 城市产业竞争力研究(张虎春)32 : 城市化进程中土地资源配置研究(盛广恒)33 : 城市排水泵站进水水力特性研究(徐辉)34 : 城市生活固体废弃物(MSW)的沉降变形研究(彭功勋)35 : 城市生态系统诊断预警研究(陈军飞)36 : 城市水环境系统控制决策支持技术研究(朱春龙)37 : 城市水生态系统建设模式研究(王沛芳)38 : 城市水资源可持续利用研究(王华)39 : 冲积河流水力及河床形态的数值模拟研究(()Khalil I.Othamn)40 : 冲积河流水流泥沙运动基本规律的研究(黄才安)41 : 冲淤河道相应水位过程中的非线性分析(袁永生)42 : 抽水蓄能电站规划和经济运行研究(朱宝和)43 : 抽水蓄能电站水力过渡过程调节控制研究(王林锁)44 : 抽水蓄能电站旋转备用容量电价研究(程芳)45 : 粗粒料浸水湿化变形特性试验及其数值模型研究(魏松)46 : 大坝安全管理关键技术研究(洪云)47 : 大坝安全监控的人工智能技术研究(何勇军)48 : 大坝安全监控感智融合理论和方法及应用研究(苏怀智)49 : 大坝安全监控集成智能专家系统关键技术研究(王建)50 : 大坝安全监控系统可靠性研究(岳建平)51 : 大坝安全监控正反分析的新模型和新方法(赵斌)52 : 大坝动力系统的安全监控非线性分析模型研究(徐洪钟)53 : 大坝与岩基的反馈分析及其应用(顾冲时)54 : 大尺度水文模型及其与陆面模式的耦合研究(苏凤阁)55 : 大断面矩形管道进口段设计定型化研究(李文平)56 : 大规模多目标系统决策理论、方法及应用(董增川)57 : 大系统多目标规划和风险决策理论方法研究及其应用(方道南)58 : 大型风电场电压稳定性分析与控制研究(潘文霞)59 : 大型工程土与结构动力相互作用的理论和试验研究(王志华)60 : 大型灌区水资源系统优化决策研究(周振民)61 : 大型河网水力水质数值模拟方法(徐小明)62 : 大型水体富营养化数学模拟的研究(饶群)63 : 大型圩区水环境随机模拟模型及应用研究(詹红丽)64 : 带帽控沉疏桩复合地基试验研究及作用机理分析(雷金波)65 : 弹性及弹塑性问题的边界元法和有限元与边界元的对称耦合问题(郑雄)66 : 弹性力学中的Hamilton理论及数值方法研究(周建方)67 : 堤坝渗漏热源法及示踪理论研究(董海洲)68 : 堤防工程风险分析理论与实践研究(邢万波)69 : 堤防振动沉模防渗墙材料与受力变形特性研究(钱玉林)70 : 堤基渗透变形理论与渗漏探测方法研究(刘建刚)71 : 地表－地下水资源大系统规划与管理模型研究(谢新民)72 : 地面地下水资源联合评价模型探讨(郝振纯)73 : 地铁工程混凝土耐久性研究与寿命预测(杜应吉)74 : 地铁隧道盾构法施工对周围环境影响的数值模拟(张海波)75 : 地下洞室工作性态研究(李振明)76 : 地下洞室全过程优化设计建模理论与分析方法(杨海霞)77 : 地下水资源评价与地下水开采的风险分析((几)阿尔喀利(Alkaly Camara))78 : 地下隧洞测控技术与地表沉降动态监控模型的研究(王铁生)79 : 地震液化引起的地面大变形试验研究(周云东)80 : 地质缺陷对混凝土坝结构性态演变和转异的影响研究(赖道平)81 : 电磁流量计特性的理论研究(张小章)82 : 东部沿海发达省份欠发达区域发展研究(屠高)83 : 东亚地区国际港口集装箱运输竞争力比较研究(黄健元)84 : 动水中射流特性研究(华明)85 : 堆石料亚塑性本构模型及面板堆石坝数值分析(岑威钧)86 : 盾构施工开挖面变形与破坏机理研究(秦建设)87 : 盾构隧道管片土压力的研究(钟小春)88 : 多尺度裂隙介质中的水流和溶质运移随机模拟研究(黄勇)89 : 多格式差分法及其在结构分析中的应用(刘晓明)90 : 多孔岩石力学性质实验研究与模拟(谢守益)91 : 多目标规划基本理论和方法研究及其在三峡水库规划中的应用(刘建南)92 : 多视角的银行关闭策略研究(华坚)93 : 发展项目的公众参与研究(黄海艳)94 : 防洪工程系统建模研究及可靠性分析(陈艳)95 : 防洪调度智能决策支持系统若干关键技术研究(余达征)96 : 防洪系统中行蓄洪的预报调度研究(李致家)97 : 非饱和膨胀土的变形与强度特性研究(缪林昌)98 : 非饱和膨胀土的结构模型和力学性质的研究(徐永福)99 : 非饱和膨胀土的裂隙概化模型与边坡稳定分析(袁俊平) 100 : 非参数统计理论在洪水频率分析中的应用研究(董洁)。

基于流固耦合理论的泥页岩井壁稳定性分析

基于流固耦合理论的泥页岩井壁稳定性分析

基于流固耦合理论的泥页岩井壁稳定性分析黄桃;蒲晓林;罗霄;于浩;徐生江【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2014(036)010【摘要】钻井过程中,水基钻井液的化学渗透作用会导致井壁失稳,这个过程是钻井液与活性泥页岩地层发生强烈的流固热化多物理场耦合的过程.基于岩石力学和渗流力学理论,运用Comsol Multiphysics多物理场耦合软件建立耦合作用下井壁周围应力渗流流固耦合偏微分方程模型,并基于有限单元法对模型进行了求解.研究结果表明:有渗透和无渗透的井周应力分布是不一样的,且维持井壁稳定的防塌钻井液密度是随着时间增大而增大;将地层看成多孔弹性模型分析,并将水化应力分析考虑进来,研究发现水化应力张量对井周应力分布的大小和方向取决定作用,研究的结果对实际钻井有理论指导意义.【总页数】6页(P117-121,126)【作者】黄桃;蒲晓林;罗霄;于浩;徐生江【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),四川成都610500;中石油新疆油田分公司工程技术研究院,新疆克拉玛依834000【正文语种】中文【中图分类】TE256【相关文献】1.基于三参数强度准则的煤矿立井井壁流固耦合理论分析 [J], 李雪梅;荣传新;程桦2.基于流固耦合理论的充气欠平衡钻井井壁稳定性分析 [J], 董智煜3.基于塑性损伤理论的软泥页岩地层井壁稳定性分析 [J], 张鹏伟;孙峰;叶贵根;薛世峰4.基于抛物线强度准则的泥页岩井壁稳定性分析 [J], 丁乙;刘向君;罗平亚;梁利喜5.基于损伤理论的硬脆性泥页岩井壁稳定分析 [J], 陈卓; 邓金根; 蔚宝华; 胡佳雯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

soilworks功能介绍

soilworks功能介绍

SoilWorks Geotechnical Solution for Practical Design
软弱地基基 础
边 坡渗 流
隧 道动力分析
自动生成边界条件
拖放
Auto CAD
SoilWorks
自动划分
网格
7
各施工阶段支护开挖模拟各施工阶段桥墩基础模拟围堰施工阶段模拟
考虑降雨强度的渗流分析
考虑降雨强度的地下水位变化
定义考虑强度增加的区域
多场耦合分析
渗流-应力耦合分析
隧道开挖时考虑水位变化对支护的影响分析考虑稳态/瞬态渗流分析获得孔隙水压和渗透力总施工阶段：10个阶段
从建模到分析结束所需时间(初学者)：30分钟以内(包含渗流分析)
进行考虑水位变化的渗流分析
读取孔隙压力进行边坡稳定分析(极限平衡法)读取孔隙压力进行边坡稳定分析(强度折减法)从建模到分析结束所需时间(初学者)：30分钟以内
考虑各土层的强度增量使用极限平衡法进行边坡稳定分析从建模到分析结束所需时间(初学者)：20分钟以内
真实模拟现场地基条件进行优化设计
- 隧道开挖过程中考虑地下水位变化对支护的影响- 考虑水位变化对边坡稳定的影响
- 考虑固结引起的地基强度增加对边坡稳定的影响
将孔隙水压结果反映到极限平衡法SEEPAGE
考虑水位变化对边坡稳定的影响
工程实例
不同分析模块之间的耦合分析
SEEPAGE
GROUND
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北京交通大学土木工程考博参考书和考博真题

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齐梅兰
朱尔玉
季文玉
杜进生
雷俊卿
刘保东
韩冰
高日
张楠
杨庆山
石志飞
朋改非
安明喆
杨娜
田玉基
杨维国
徐龙河
王元丰
06 市政工程
李进
王锦
姚宏
李德生
夏海山
韩林飞
董晓峰
07 供热、供燃气、通风及空调李德英
工程
③3394 钢结构 或 3395 钢筋混凝土结构 理论 或 3396 高等土力学
①1101 英语 或 1102 俄语 或 1103 日语 ②2249 环境工程学 或 2251 土木工程优化分 析 ③3707 环境评价 ①1101 英语 ②2250 暖通空调 ③3398 传热学 或 3399 高等流体力学
3703 高等岩石 《岩石力学基础》，中国铁道出版社
力学
1997，张清，杜静
3704 轨道结构 《轨道工程》中国铁道出版社 高亮.
理论与技术
3705 线路设计 《铁路线路设计》中国铁道出版社 魏
理论与技术 庆朝主编。《铁路规划与机助设计》铁
道出版社 邓域才
3707 环境评价 《环境评价(第二版)》，同济大学出
学
社（第 2 版），袁润章；《混凝土的性
能》，中国建筑工业出版社（原著第四
版），A.M.内维尔
2053 路基工 《路基工程》（第二版），中国建筑
程理论与技术 工业出版社，2014，刘建坤等
2246 弹塑性理 《弹性力学简明教程》，高等教育出
论
版社第 2 版，徐芝伦；《岩土塑性力学
专注中国名校保（考）研考博辅导权威
土木工程是个系统工程，涉及方方面面的知识和技术，是运用多种工程技术进行勘测、 设计、施工的成果。土木工程随着社会科学技术和管理水平而发展，是技术、经济、艺术统 一的历史见证。影响土木工程的因素既多又复杂，使得土木工程对实践的依赖性很强。

长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究

长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究
SO3 content / %
Specific surface area / ( m2 ·kg - 1 )
Standard consistency water consumption / %
Volume stability
Fly ash
Cement
2. 1
2. 1
2 150
354
—
3 109
384
27. 25
和度的抗损伤劣化提升效果最为明显;李玉根等 [6-7] 研究指出,风积沙影响混凝土的抗冻性,100% 掺量风积
沙混凝土强度低,但抵抗冻融、盐侵效果最好;Xue 等 [8-9] 研究指出,风沙吹蚀为后续盐侵作用提供侵蚀通道,
盐侵作用使风积沙混凝土表面剥蚀松动,为吹蚀作用提供吹蚀缝隙,孔洞变化进一步加剧。
硅
第 42 卷 第 11 期
2023 年 11 月
BULLETIN
OF
酸
THE
盐
CHINESE
通
CERAMIC
报
SOCIETY
Vol. 42 No. 11
November,2023
长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究
朱遂军1 ,汪金满1 ,王想想1 ,杨强斌2 ,李根峰2 ,杨效田3
concentration of magnesium sulfate is 3. 5% and the content of aeolian sand is 40% , the aeolian sand concrete still meets
the standard requirements after soaking for 360 d. At this time, the porosity of aeolian sand concrete is 2. 553% , of which

课程教学大纲

课程教学大纲

课程教学大纲土木建筑工程学院2009年9月目录课程目录 (1)研究生课程汇总表 (1)课程大纲 (11)土木工程专题讲座 (11)现代混凝土结构设计理论及其应用 (12)结构可靠度理论 (13)建设项目管理理论与方法 (14)高等地震工程 (15)钢筋混凝土非线性有限元分析 (16)钢筋混凝土力学 (17)建设工程招标投标理论与方法 (18)现代钢结构理论与应用 (19)钢结构疲劳与断裂理论 (20)灾害学 (21)决策理论与风险分析 (22)细观力学 (23)计算结构动力学 (24)岩土工程中的数值方法 (26)人工神经网络方法在土木工程中的应用 (28)非连续介质的数值方法 (30)结构随机振动 (31)高等结构风工程 (32)非饱和土力学 (33)高等岩石力学 (34)土动力学 (35)岩土工程中的可靠度理论及应用 (36)桥梁结构空间计算理论 (37)桥梁结构非线性计算理论与仿真分析 (38)隧道结构可靠度 (39)钢桥 (40)隧道力学 (41)围岩稳定性分析及支护技术 (42)水处理高级教程 (43)建筑性能化防火设计理论 (44)活性污泥生物反应动力学 (45)连续介质力学 (46)有限单元法 (47)弹塑性力学 (48)专业外语（英语） (50)结构动力学 (51)断裂与损伤力学 (52)结构分析程序设计 (53)大型有限元软件及应用 (54)复合材料力学 (55)板壳理论 (56)结构优化设计 (57)结构动力试验与检测 (58)非线性有限元法 (59)摩擦磨损原理 (60)结构抗风理论与实验 (61)材料强度特性参数的现代试验方法 (62)路基路面设计理论 (63)公路边坡稳定性分析原理及数值方法 (64)沥青路面抗裂设计理论与方法 (65)高等桥梁结构理论 (66)现代预应力混凝土结构 (67)隧道结构计算与分析 (68)岩土塑性力学 (70)复合式路面设计原理与施工技术 (71)公路与桥梁结构检测 (72)桥梁结构抗震设计 (73)GIS基本原理及其在道桥工程中的应用 (74)工程经济学 (75)土工试验 (76)结构稳定理论 (77)高等钢结构学 (78)高等钢筋混凝土结构学 (79)现代施工技术 (80)现代企业管理 (81)水质控制原理 (82)给水排水工程专题讲座 (83)工程结构抗震 (84)工程结构可靠性理论与应用 (85)工程结构加固理论和应用 (86)混凝土结构的耐久性与损伤防治 (87)工程结构试验与测试 (88)高层建筑结构设计 (89)现代钢筋混凝土结构新理论与新技术 (90)钢筋混凝土结构分析程序设计 (91)工程结构安全监测 (92)结构控制理论与应用 (93)板壳稳定理论 (94)大跨度钢结构 (95)钢与混凝土组合结构设计原理 (96)钢结构事故分析与处理 (97)投资管理学 (98)项目风险分析 (100)城市土地经济与管理 (101)国际工程项目管理 (102)房地产投资分析与决策 (103)管网非稳定流分析与控制 (104)建筑消防理论及应用 (105)水质分析方法及仪器 (106)岩土流变学原理和应用 (107)智能岩石力学 (108)土的本构关系 (109)滑坡学 (110)土工合成材料 (111)环境岩土工程 (112)土坡渗流和稳定 (113)桩基理论 (114)岩质边坡稳定分析的原理、方法和程序设计 (115)道路与铁道工程试验检测技术 (116)桥梁结构抗震分析 (117)信号处理 (118)模态识别理论 (119)课程目录研究生课程汇总表课程大纲.。

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其所对应的土体残余支护力也相应较小。 盾构隧道施工引起地层损失过程中，由于土拱效 应引起的竖向土压力减小这一现象已经得到了大量的 工程实例和模型试验的证实，即竖向土拱效应。事实 上， 开挖面前方土体也极易形成水平拱， 如图 4 所示。 图 4 为数值计算过程中，松砂与紧砂盾构隧道掘进至 ∆s=1.5 mm 时模型土体颗粒接触力分布图。从中可看 出，相同掘进速度和埋深比条件下，开挖面前方会形 成水平拱，尤其是密实度较高的砂土，该现象较好地 解释了图 3 中紧砂土体中残余支护力比松砂小的原 因。显然，由于水平向土拱效应的影响，一定程度上 抵消了开挖面前方部分土体侧压力，导致紧砂的极限 支护力和残余支护力均比松砂小。由此可知，盾构隧 道施工过程中，开挖面支护力是一个逐渐变化发展的 过程，其大小与土体的密实度有密切关系。
第 37 卷 2015 年
第1期
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.37 No.1 Jan. 2015
DOI：10.11779/CJGE201501011
砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究
缪林昌 ，王正兴 ，石文博
表 1 宏细观参数对照表 Table 1 Parameters of materials 内摩擦角/(°) 30 35 40 45 颗粒摩擦系数 松砂 0.41 0.50 0.70 0.90 紧砂 0.36 0.42 0.63 0.80
1
1.1
开挖面稳定的颗粒流模拟
Kirsch 室内模型试验简介
1.3
─────── 基金项目：国家自然科学基金项目（51278099） 收稿日期：2014–04–02
第1期
缪林昌，等. 砂土盾构隧道掘进开挖面稳定理论与颗粒流模拟研究
99
其进行了验证。Jancsecz 等[6]采用楔形体极限平衡分 析模型对盾构隧道掘进过程中开挖面极限支护力进行 了研究。Mollon 等[7]在 Chambon 等[8]在离心模型试验 的基础上，采用多块体破坏模式对盾构隧道开挖面稳 定性进行了研究。然而这些分析方法由于得不到具体 的极限支护压力表达式， 难以在工程实践中得到应用。 [9] 徐明等 基于简便的极限平衡理论——三维楔形体分 析模型对超大直径泥水盾构开挖面稳定性进行了研 究，由于分析模型中假定了土体的滑裂面形态，使得 其与实际情况有较大的出入。实际上，开挖面前方密 实度较高的土体往往形成水平向土拱[10]，导致分析模 型结果与实际情况有较大的出入。另一方面，目前利 用数值模拟方法对开挖面进行研究主要还局限于基于 连续介质力学的有限单元法，如 Vermeer 等[11]、李志 华等[2]和高健等[12]。考虑到开挖面变形甚至坍塌过程 中，土体变形属于大变形问题，显然利用有限元对该 问题进行分析会引起较大的误差。胡欣雨等[13]采用颗 粒流方法模拟盾构推进过程中开挖量与土体的密实度 及开挖面压力的关联性。 本文基于 Kirsch[14]室内模型试验，采用颗粒流模 拟了相应室内模型试验，从细观角度解释了砂土中盾 构隧道开挖面失稳机理。 以 Anagnostou 等[15]楔形体模 型为基础提出了改进的楔形体分析模型， 并将理论解、 数值计算值以及试验值进行了对比。研究砂土中盾构 隧道掘进时土体密实度对开挖面极限支护力和残余支 护力的影响规律，进而分析砂土中盾构隧道掘进时土 体破坏区分布范围。
图 1 Kirsch 室内模型试验[13] Fig. 1 Kirsch’s laboratory model tests
模型试验设计了盾构隧道掘进装置， 具体方法为： 以透明有机玻璃为材料制作一半圆柱体活塞，通过活
室内模型试验过程中，由于模型箱侧壁、模拟盾 构开挖的活塞基本可认为刚性，故模型建立时可利用 颗粒流软件中的“Wall”命令建立模型箱模型和盾构 模型，墙体法、切向刚度均为 2×108 N/m。为模拟模 型箱侧壁和活塞的表面粗糙度，计算过程中给墙体赋 予了较小的摩擦系数 0.2。 考虑到计算效率， 本文数值 模拟过程中将三维室内模型试验简化为二维状态，二 维颗粒流尺寸为 37.2 cm（长）×41.1 cm（高） 。数值 模型建立过程主要分两步，首先采用颗粒膨胀法生成 整个颗粒流模型，松砂与紧砂模型分别生成的颗粒数 目为 14880 与 19020 个，颗粒流模型重力平衡后，将 整个计算模型速度场、位移场清零，随后建立盾构隧 道开挖模型，具体方法为：删除开挖区域土体颗粒， 用墙体建立盾构和衬砌模型。考虑到盾构隧道开挖是 一个逐步推进的过程，本文研究的重点是隧道动态掘 进过程中开挖面的破坏形态、开挖面极限支护力以及
颗粒流模型建立与模拟过程
Kirsch 室内隧道开挖试验如图 1 所示。模型箱尺 寸为 37.2 cm（长）×28.0 cm（宽）×41.1 cm（高） ， 内置砂土粒径大小分布为 0.1 ～ 2.0 mm ，平均粒径 d50=0.58 mm ，最小孔隙比 emin=0.42 ，最大孔隙比 emax=0.75，内摩擦角 =35°，重度为 18.2 kN/m3。
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程
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报
2015 年
残余支撑力变化特征，故而在盾构开挖面前方布置了 测量圆。颗粒流建模计算过程中，盾构隧道掘进分为 四步，每步计算之前均使盾构机头向前推进 2 cm，并 计算至系统平衡， 再使盾构以 0.1 m/s 的速度后退模拟 由盾构施工引起的地层损失， 同时编制了盾构 “墙体” 平均支护力监测程序。颗粒流计算模型如图 2 所示。
Theoretical and numerical simulations of face stability around shield tunnels in sand
MIU Lin-chang1, WANG Zheng-xing2, SHI Wen-bo1
(1. Institute of Geotechnical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2. Management Center of City Construction Projects, Nantong 226153, China)
塞的后退达到模拟隧道盾构开挖的目的。拟模拟隧道 直 径 D=10.0 cm ， 隧 道 拱 顶 埋 深 与 隧 道 直 径 比 （C/D=1） 。试验过程中分别考虑了紧砂（相对密度 Id =0.70）与松砂（相对密度 Id=0.33）两种填土状态下 盾构隧道开挖面支护力的力学特征。 1.2 宏细观参数的标定 PFC2D 是通过一定数目的颗粒或颗粒簇模拟土体 宏观力学行为的软件，迄今还没有能从细观力学指标 直接反映宏观力学指标的关系公式。利用三轴数值试 验，通过假定参数计算土体的力学行为，并与真实土 体的力学行为进行对比，以此来确定颗粒流模拟土体 所需要的细观参数值[15]。考虑到砂土刚度对计算结果 影响较小，本文砂土颗粒细观刚度选取与文献[16]相 同值：kn=2×107 N/m，ks=1×107 N/m。利用双轴数值 试验建立细观颗粒摩擦系数与内摩擦角之间的关系。 双轴数值标定试验过程为：①编制颗粒级配程序。考 虑到计算的可行性和计算效率，将模型试验用砂粒径 均放大 3.5 倍，颗粒密度为 2530 kg/m3，颗粒粒径服 从 0～1 均匀分布；②基于室内模型试验土体全覆土 重， 设定双轴数值标定过程中围压分别为 20， 60， 100 kPa； ③设定颗粒间接触模型为线性接触模型， 通过反 复试算得到对应的细观参数（表 1） 。
Abstract: The soil density is a key factor for the studies on the limit support pressure and the face stability operation during tunneling construction. Based on the Kirsch’s laboratory model tests, the PFC2D is employed to investigate the influence of soil density on the limit support pressure, residual support pressure and void ratio in the heading face. The failure mechanisms of the excavation face are investigated at the mesoscopic level. The failure behavior and arrange of the face stability of the shield tunnels in sand are analyzed. The improved wedge model is proposed as a method for calculating the limit support pressure of face. It may provide certain guidance to the stabilization of excavation face of shield tunnels. Key words: PFC2D; sand; tunneling; face stability; limit support pressure; improved wedge model
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引
言
近年来，由于各大中城市交通压力的增大以及土 地资源的稀缺，地铁和地下通行隧道的修建成为解决 这一难题的主要措施。盾构施工技术由于具有环境影 响小、施工安全性高以及地层适应强等优点，已经成 为城市地铁及隧道修建的主要方法。盾构隧道施工引 起的邻近施工区地面沉陷和隆起问题与开挖面的稳定 性有直接关系，表现为施工过程中盾构机对开挖面支 护力过大时，地表易隆起破坏，而当开挖面支护压力 过小时，又往往导致地表的沉陷。目前，国内外城市 地铁隧道施工过程中，由于对开挖面支护不当造成的 开挖面坍塌进而引起邻近建筑物损坏、埋地市政管线 破裂事故时有发生。 盾构隧道开挖面稳定性研究的关键在于支护力的 确定， 其影响因素多且复杂， 包括土体工程地质条件、 盾构掘进速度、隧道几何尺寸以及支护方式等因素。