盾构隧道开挖面破坏模式及支护压力数值模拟

摘要

基于Mohr-Coulomb准则的理想弹塑性有限元法，对盾构隧道开挖面稳定性问题进行了数值模拟，获得了开挖面土体达到主动极限平衡状态时的破坏模式及极限支护压力。模拟结果表明，当隧道直径保持定值时，只有在当埋深较浅且土体内摩擦角较小时，开挖面的破坏范围才开展到地表，形成整体破坏模式。当土体内摩擦角较大时，破坏范围集中在开挖面临近范围内，表现为局部破坏模式，且几乎不受隧道埋深的影响。将极限支护压力值表示为粘聚力、上覆荷载、土体重度与各自影响系数乘积的三项叠加形式，通过一列数值模拟，得到了三个影响系数与隧道埋深及土体内摩擦角间的关系。数值模拟结果为盾构隧道开挖面极限状态理论分析和工程实践提供了有益参考。