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Three-dimensional ground settlements and stress-transfer mechanisms due to open-face tunnelling

机译:露天隧道的三维地面沉降和应力传递机制

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摘要

A series of three-dimensional, numerical, elastoplastic, coupled-consolidation analyses was conducted to investigate the effects of the stiffness ratio (n = E h/E v) and the initial coefficient of earth pressure at rest (K0) on ground deformations and stress-transfer mechanisms due to idealized open-face tunnelling (i.e., New Austrian Tunnelling Method or NATM) at a given unsupported length. As n increases, smaller plastic extension strain zones are mobilized at the crown and invert for a given K0, leading to a deeper and narrower transverse surface settlement trough. On the other hand, for a given n, the lower the initial K0 is, the deeper and narrower the computed settlement trough will be. Three-dimensional stress-transfer mechanisms at a tunnel heading are demonstrated through the changes in normal stresses and induced shear stresses around the tunnel. As the tunnel excavation advances, the maximum total normal stress reduction in the lateral direction (xx) and in the vertical direction (zz) occurs at the tunnel heading, whereas the largest total normal stress reduction in the longitudinal direction (yy) takes place at about 0.5D (D = diameter) ahead of the tunnel face. A total stress reduction zone can be identified within 2.0D ahead of the tunnel face, and the stress influence zone diminishes at a distance of about 1.0D beyond the tunnel face. A significant reduction in pore-water pressure, of up to about 75% of its initial value, can be identified around the tunnel heading. Around a tunnel open face, the effective stress coefficient Kxz (= xx/zz) and Kyz (= yy/zz) rise to approximately 1.8 and more than 2.0 at the crown and invert in the initial K0 = 1.0 ground conditions, respectively. On the other hand, Kxz falls to about 50% of the initial K0 value at the springline, and the coefficient at the shoulder and heel drops to between 10% and 20%.Key words: open face, tunnelling, NATM, anisotropy, three-dimensional, stress transfer, ground settlements.On a conduit une série d'analyses numériques tridimensionnelles élasto-plastiques de consolidation couplée pour étudier les effets du rapport de rigidité (n = E h/E v) et du coefficient initial de pression des terres au repos (K0) sur les déformations et les mécanismes de transfert de contraintes dû à un creusage de tunnel à face ouverte idéalisé (i.e., « New Austrian Tunnelling Method » ou NATM) à une longueur donnée non soutenue. Lorsque n augmente, de petites zones de déformation plastique en extension sont mobilisées à la couronne et au radier pour un K0 donné. Ceci conduit à un creux de tassement de surface en travers plus étroit et plus profond. Par ailleurs, pour un n donné, plus le K0 initial est faible, plus le creux de tassement calculé est étroit et profond. Les mécanismes de transfert des contraintes tridimensionnelles à la face d'avancement du tunnel se manifestent par le changement dans les contraintes normales et les contraintes de cisaillement induites autour du tunnel. Durant la progression de l'excavation du tunnel, la réduction maximale de la contrainte normale totale dans les directions latérale (xx) et verticale (展开▼
机译:进行了一系列三维,数值,弹塑性,耦合固结分析,以研究刚度比(n = E h / E v )的影响。在给定的无支撑长度下,由于理想化的露天隧道(即,新奥地利隧道法或NATM)导致的地面变形和应力传递机制,静止土压力的初始系数(K 0 )。随着n的增加,较小的塑性延伸应变区在冠部动员,并在给定的K 0 处反转,从而导致更深和更窄的横向沉降槽。另一方面,对于给定的n,初始K 0 越低,则计算的沉降谷越深和越窄。隧道掘进方向的三维应力传递机制通过法向应力和隧道周围引起的切应力的变化得到证明。随着隧道开挖的进行,在隧道掘进方向上,横向( xx )和垂直方向( zz )的最大总法向应力减小,而最大应力减小最大。整个纵向法向应力减小( yy )发生在隧道面前方约0.5D(D =直径)处。可以在隧道面之前的2.0D范围内确定总应力减小区域,并且应力影响区域在距隧道面约1.0D的距离处减小。可以在隧道掘进方向周围发现孔隙水压力显着下降,约为其初始值的75%。在隧道敞开面附近,有效应力系数K xz (= xx / zz )和K yz ( = yy / zz )的顶部升至大约1.8并大于2.0,并在初始K 0 = 1.0的地面条件下分别反转。另一方面,K xz 下降到弹簧线初始K 0 值的50%,肩膀和后跟处的系数下降到10%至20%。关键词:敞开,隧道,NATM,各向异性,三维,应力传递,地面沉降。在séried'analys管道上,对固结系数进行了三维分析,固结系数为() n = E h / E v )以及其他形式的原始变形系数(K 0 )违法转移隧道,违背地面运输权(即“新奥地利隧道法”或“国家运输管理”),无罪状。 L 0 上的小变形区,塑性变形区和延伸变形区。 Ceci导管和表面处理工具,加上étroitet profond。同等水平的人,倒入n值,然后加上K 0 的初始估计值,再加上étroitet profond的creux de tassement计算值。隧道交通违法行为三大原则的改变和法律的约束以及高速公路沿线违法行为的变更。隧道的持续发掘,最大横向变化和最大横向变化( xx )和垂直方向(

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