水平分層土質(zhì)條件下淺埋隧道掌子面穩(wěn)定性研究.pdf

1、淺埋隧道由于具有埋深淺，開(kāi)挖面大的特點(diǎn)，在開(kāi)挖過(guò)程中遇到的土質(zhì)分層情況往往比較復(fù)雜。隧道掌子面的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)隧道施工的穩(wěn)定產(chǎn)生重要影響，然而保證掌子面穩(wěn)定性的關(guān)鍵在于確定合適的極限支護(hù)壓力。因此，本文對(duì)水平分層土質(zhì)條件下掌子面的極限支護(hù)力進(jìn)行研究。
　　首先，研究隧道掌子面的穩(wěn)定性的前提是確定掌子面的失穩(wěn)模式?，F(xiàn)有的掌子面失穩(wěn)模式大多數(shù)是建立在均質(zhì)土層的基礎(chǔ)上。本文根據(jù)村上公式的對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)假設(shè)，并借鑒水平分層邊坡的塌落模式，建立具有

2、共同旋轉(zhuǎn)中心的掌子面超前核心土分層旋轉(zhuǎn)破壞模式，給出了分層土層條件下的掌子面失穩(wěn)模式。
　　其次，以往的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隧道覆蓋層的塌落性質(zhì)類(lèi)似于楔形塌落。本文依據(jù)覆蓋層楔形破壞模式，簡(jiǎn)化隧道覆蓋層土體對(duì)掌子面的影響模型。并根據(jù)上述理論，計(jì)算了極限分析理論所需的外部荷載功率（超前核心土荷載功率，覆蓋土層的荷載功率，地表壓力的荷載功率）和內(nèi)能耗散功率（超前核心土滑移面耗散功率和覆蓋層土體塌落面耗散功率）。
　　最后，根據(jù)極限上限

3、理論，本文建立了優(yōu)化的極限平衡方程，將支護(hù)力引入方程中，并且推導(dǎo)出了保證淺埋隧道掌子面穩(wěn)定的極限支護(hù)力的計(jì)算公式，與此同時(shí)，為驗(yàn)證理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。本文采用有限差分軟件Flac3D對(duì)隧道掌子面的失穩(wěn)模式以及極限支護(hù)力進(jìn)行數(shù)值模擬。并將理論分析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果較為吻合，說(shuō)明本文所述理論具有一定的準(zhǔn)確性。研究表明水平分層土質(zhì)條件下隧道掌子面的穩(wěn)定性與土質(zhì)類(lèi)型，開(kāi)挖直徑以及覆蓋層厚度等因素有關(guān)。
　　本文為研究水平