岩土工程学报2025,Vol.47Issue(1) :76-84.DOI:10.11779/CJGE20231160

基于多切线技术的盾构隧道开挖面稳定性分析

Face stability of shield-driven tunnels using multi-tangent technique

钟军豪 CHIAN Siau Chen 李永鑫 刘明芳 陈明辉 吴振元 龙桂华 杨小礼 周德
岩土工程学报2025,Vol.47Issue(1) :76-84.DOI:10.11779/CJGE20231160

基于多切线技术的盾构隧道开挖面稳定性分析

Face stability of shield-driven tunnels using multi-tangent technique

钟军豪 1CHIAN Siau Chen 2李永鑫 3刘明芳 4陈明辉 4吴振元 4龙桂华 4杨小礼 5周德5
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作者信息

  • 1. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;新加坡国立大学土木与环境工程系,新加坡 117576
  • 2. 新加坡国立大学土木与环境工程系,新加坡 117576
  • 3. 合肥工业大学汽车与交通工程学院,安徽 合肥 230009
  • 4. 深圳市市政工程总公司,广东 深圳 518000
  • 5. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075
  • 折叠

摘要

针对非线性条件下深埋隧道开挖面稳定性问题,采用多切线技术分段线性近似Power-Law(P-L)准则,基于极限分析上限定理,构建 1 种新的开挖面多曲线圆锥破坏机构,提出1 种考虑拉应力截断Tension cut-off(T-C)效应的开挖面稳定性理论计算方法.通过与既有文献结果对比,验证所提方法的可靠性.根据反算的应力分布和破坏机构几何特点,探究不同参数条件下 T-C 对开挖面稳定性的影响.结果表明:①在线性条件下,黏聚力较大且内摩擦角较小时,T-C 对开挖面临界支护力的影响较大;在非线性条件下,m 的增加并不会放大 T-C对开挖面稳定性的影响.②在抗拉强度较大时,T-C对开挖面稳定性影响较为显著,随着抗拉强度的折减,T-C控制的破坏机构尺寸逐渐减小,且顶部区域明显钝化.

Abstract

To address the face stability problem of deep-buried tunnels under nonlinear conditions,using Power-Law(P-L)criterion the approximate piecewise and by multi-tangent technique,a novel multi-cone failure mechanism is developed for tunnel faces based on the kinematic limit analysis theorem.A theoretical framework considering the tension cut-off(T-C)is proposed to evaluate the stability of tunnel faces.The reliability of the proposed method is validated through comparison with that in the existing literatures.Based on the back-calculated stress distribution and geometric feature of the failure mechanism,the influences of T-C under different parameters on the stability of tunnel faces are investigated.The results indicate that:(1)under the linear condition,the effects of T-C on the critical support pressure are more significant with high cohesion and small internal friction angle.Under the nonlinear condition,an increase in the nonlinear coefficient will not exacerbate the impact of T-C on the face stability.(2)For higher tensile strength,the effects of T-C on the stability of tunnel faces are significant.As the tensile strength decreases,the failure mechanism governed by T-C gradually shrinks,and the top of the failure mechanism exhibits noticeable blunting and looks like a dome.

关键词

开挖面稳定性/多切线技术/Power-Law准则/拉应力截断/极限分析

Key words

stability of tunnel face/multi-tangent technique/Power-Law criterion/tension cut-off/limit analysis

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出版年

2025
岩土工程学报
中国水利学会 中国土木工程学会 中国力学学会 中国建筑学会 中国水力发电工程学会 中国振动工程学会

岩土工程学报

CSCD北大核心
影响因子:1.952
ISSN:1000-4548
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