黏土地层盾构隧道开挖面失稳离心试验及数值模拟

摘要

通过开展离心模型试验和数值模拟,对黏土地层中盾构隧道开挖面的失稳破坏特征进行了研究.通过开挖面支护力-开挖面板后退位移关系曲线,获得了开挖面支护力呈快、缓和稳的3阶段变化特征,开挖面支护力-位移曲线中未呈现支护力反弹现象,比对应砂土地层更慢达到极限值,极限支护力值为5%~7%初始竖向土压力.地表沉降在开挖面失稳过程持续增加;埋深比为1.0时,横向地表沉降槽形状变化明显.在隧道中心轴线高度处,纵向土压力沿纵向随远离隧道截面距离逐渐增大,纵向土拱率值逐渐增大,且远小于对应竖向土拱率值.根据盾构开挖面失稳过程中竖向土压力沿深度变化曲线、纵向土压力沿掘进方向变化曲线,以及横向土压力沿横向变化曲线的拐点可得到失稳松动区和扰动区的范围.埋深比为1.0时,在隧道中心轴线水平面内隧道截面前方0.5D以外区域,纵向土压力和横向土压力的变化比竖向土压力更加显著.相比传统开挖面失稳分析中仅对竖向土压力变化规律进行的研究,提出应同时研究三向土压力的时空变化规律.