考虑水土参数变异性的盾构隧道开挖面支护力设计方法OA北大核心
Design method for shield tunnel excavation face support force considering variability of water and soil parameter
随着隧道工程技术的发展,稳健性设计已成为确保工程安全与效率的关键.鉴于传统的确定性计算无法充分考虑地层和水力参数空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性影响的问题,采用随机场理论,充分考虑地层参数的空间变异性及其自相关性的影响.基于极限上限分析定理,采用三维空间离散技术,构建不确定性条件下盾构隧道开挖面三维螺旋破坏机构模型.在此基础上,通过结合三维离散破坏机构的速度场和功率平衡方程,建立不确定性条件下盾构隧道开挖面支护力的计算方法,并与相关研究进行了对比验证.之后,开展了地层和水力参数不确定性对隧道开挖面失效概率的影响分析.在此基础上,提出适用于工程的盾构隧道开挖面支护力稳健性设计方法,并开发快速计算程序.最后,结合工程案例,应用所提出的设计方法进行分析设计,并与工程实践进行对比.研究结果表明:不确定性条件下盾构隧道开挖面支护力计算方法在确定性与不确定性分析中均可靠;孔隙水压力系数变异性的影响较摩擦角和黏聚力的变异系数更大;变异系数和自相关距离的增大使随机计算的支护力分布更离散.提出的盾构隧道开挖面支护力稳健性设计方法和工程实测结果吻合较好,可为相关工程施工与设计提供指导.
With developments in tunnel engineering,robust design has become essential for ensuring safety and efficiency.This study addressed the limitations of traditional deterministic calculations,which fail to fully account for the spatial variability of geological and hydraulic parameters affecting the stability of the shield tunnel excavation face.Utilizing random field theory,the research incorporated the spatial variability and autocorrelation of stratum parameters.We developed a three-dimensional helical failure mechanism model for uncertain conditions using upper bound analysis and spatial discretization techniques.A novel method for calculating the support force on the shield tunnel face was introduced,integrating the velocity field of the discrete failure mechanism with the power balance equation,and validated against existing studies.The analysis of the impact of parameter uncertainty on failure probability leads to a robust support force design method.Validation of the proposed calculation method for shield tunnel face support force under both deterministic and uncertainty analyses confirms its reliability.The findings show that variability in the pore water pressure coefficient significantly impacts the results,more so than friction angle and cohesion.Increasing the coefficient of variation and autocorrelation distance results in a more dispersed distribution of calculated support forces in stochastic analysis.The proposed robust design approach,validated against engineering data,provides valuable guidance for tunnel construction and design.
胡子威;雷明锋;张运波;肖凤龙;杨鹏亮;贾朝军
中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075||重载铁路工程结构教育部重点实验室,湖南 长沙 410075中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075
交通运输
随机场理论开挖面稳定性三维上限分析稳健性设计
random field theoryface stability3D upper limit analysisrobust design
《铁道科学与工程学报》 2025 (1)
259-271,13
国家自然科学基金资助项目(52378420)湖南省自然科学基金资助项目(2024JJ9080)中南大学研究生科研创新项目(2024ZZTS0245)
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