考虑流-固耦合效应的异形盾构开挖面稳定性极限分析

来源：中国血液净化杂志2023年第11期北京时间：

作者：张成平, 尚祎凡, 李巍, 涂诗琴, 马萌硕

单位：1. 北京交通大学 城市地下工程教育部重点实验室, 北京 100044;2. 北京交通大学 土木建筑工程学院, 北京 100044"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51978042); Youth Fund of the National Natural Science Foundation of China (51908371); Beijing Natural Science Foundation (8222025); China Postdoctoral Science Foundation (2022M710339)

摘要：为有效评估含水地层异形盾构隧道开挖面的稳定性，解决异形盾构隧道开挖面稳定性预测和控制等关键问题，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了主动破坏模式下含水地层中异形盾构隧道开挖面发生失稳破坏的演化过程以及开挖面极限支护力的确定方法。运用FLAC3D有限差分软件，建立了考虑流-固耦合效应的异形盾构隧道开挖面主动破坏数值模型，通过FISH语言编程提取了异形隧道开挖面附近地层的孔隙水压分布。基于空间离散化技术和极限分析上限定理，采用线性插值方法计算了异形盾构隧道开挖面附近地层渗透力做功率，建立了含水地层考虑流-固耦合效应的异形盾构隧道开挖面稳定性分析模型，揭示了断面形状、地层参数、地下水位等因素对隧道开挖面极限支护力和三维破坏模式的影响规律。研究结果表明：流-固耦合情况下的地层孔隙水压力要明显大于单渗流情况下的孔隙水压力；隧道开挖面附近的孔隙水压力梯度明显大于其他区域；在同等工况下，矩形、五心马蹄形隧道开挖面的极限支护力相对较大，椭圆、三心马蹄形隧道开挖面的极限支护力相对较小；各断面形状下的隧道开挖面的极限支护力随黏聚力、内摩擦角和地下水位的增大而增大；随耦合时间的增大极限支护力先是不断增大，而后保持稳定。

关键词：隧道工程,流-固耦合,极限分析,异形盾构,开挖面稳定性,上限定理

基金资助：国家自然科学基金项目（51978042）；国家自然科学基金青年科学基金项目（51908371）；北京市自然科学基金项目（8222025）；中国博士后科学基金项目（2022M710339）