上海交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (4): 503-512.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.322
胡安峰1,2, 陈俞超1, 肖志荣3(), 谢森林1, 龚昭祺4
收稿日期:
2023-07-17
修回日期:
2023-10-09
接受日期:
2023-10-12
出版日期:
2025-04-28
发布日期:
2025-05-09
通讯作者:
肖志荣
E-mail:100106@zust.edu.cn
作者简介:
胡安峰(1974—),教授,博士生导师,从事桩基工程、软黏土力学及深度学习理论在岩土工程中应用的研究.
基金资助:
HU Anfeng1,2, CHEN Yuchao1, XIAO Zhirong3(), XIE Senlin1, GONG Zhaoqi4
Received:
2023-07-17
Revised:
2023-10-09
Accepted:
2023-10-12
Online:
2025-04-28
Published:
2025-05-09
Contact:
XIAO Zhirong
E-mail:100106@zust.edu.cn
摘要:
考虑隧道周围土体自重应力,建立饱和土体二维非线性固结控制方程,使用交替隐式差分法对方程进行求解.通过将退化解与已有解析解比较,以及将计算结果与工程实测数据对比,验证了解答的正确性.在此基础上,进一步探究了土体自重应力及固结系数变化对隧道周围土体非线性固结特性的影响规律.结果表明:忽略土体自重应力不仅会导致土层的超静孔压偏大,固结沉降速率偏小,还会使地表沉降终值偏小;在自重应力影响下,压缩指数与渗透指数之比Cc/Ck越小,土体固结沉降速率越慢,但地表沉降终值不会改变;当Cc/Ck=1.0时,土体重度越小,其固结速率受初始有效应力分布形式的影响越大,同时地表沉降终值也越大;Cc/Ck >1.0时渗透系数在固结过程中起主导作用,固结速率随重度增大而减小,而Cc/Ck <1.0时体积压缩系数的影响效果增强,固结速率变为随重度增大而增大,但两种情形下的地表沉降终值均随土体重度增大而减小.
中图分类号:
胡安峰, 陈俞超, 肖志荣, 谢森林, 龚昭祺. 考虑自重应力的隧道周围土体非线性固结特性分析[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(4): 503-512.
HU Anfeng, CHEN Yuchao, XIAO Zhirong, XIE Senlin, GONG Zhaoqi. Analysis of Nonlinear Consolidation Characteristics of Soil Around Tunnels Considering Self-Gravity Stress[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2025, 59(4): 503-512.
[1] | SHEN S L, WU H N, CUI Y J, et al. Long-term settlement behaviour of metro tunnels in the soft deposits of Shanghai[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2014, 40: 309-323. |
[2] | 璩继立. 盾构施工引起的地面长期沉降研究[D]. 上海: 同济大学, 2002. |
QU Jili. Study of ground long-term settlement induced by shield construction[D]. Shanghai: Tongji University, 2002. | |
[3] | 詹美礼, 钱家欢, 陈绪禄. 粘弹性地基中洞周土体固结问题的解析解[J]. 河海大学学报: 自然科学版, 1993, 21(2): 54-60. |
ZHAN Meili, QIAN Jiahuan, CHEN Xulu. Theoretical analysis for consolidation of viscoelastic clay about circular tunnels in foundations[J]. Journal of Hohai University, 1993, 21(2): 54-60. | |
[4] | 王志良, 刘铭, 谢建斌, 等. 盾构施工引起地表固结沉降问题的研究[J]. 岩土力学, 2013, 34 (Sup.1): 127-133. |
WANG Zhiliang, LIU Ming, XIE Jianbin, et al. Research on consolidation settlement of ground surface caused by shield tunneling[J]. Rock and Soil Mechanics, 2013, 34 (Sup.1): 127-133. | |
[5] | 申林方, 王志良, 魏纲, 等. 盾构施工引起土体超孔隙水压力消散问题的研究[J]. 铁道学报, 2015, 37(6): 112-118. |
SHEN Linfang, WANG Zhiliang, WEI Gang, et al. Research on dissipation if excess pore water pressure caused by shield tunnelling[J]. Journal of the China Railway Society, 2015, 37(6): 112-118. | |
[6] | LI X. Stress and displacement fields around a deep circular tunnel with partial sealing[J]. Computers and Geotechnics, 1999, 24(2): 125-140. |
[7] | 张治国, 黄茂松, 杨轩. 基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3135-3144. |
ZHANG Zhiguo, HUANG Maosong, YANG Xuan. Analytical solution for dissipation of excess pore water pressure and soil consolidation settlement induced by tunneling under the influence of long-term leakage[J]. Rock and Soil Mechanics, 2019, 40(8): 3135-3144. | |
[8] | 曹奕. 软土中盾构隧道的长期非线性固结变形研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2014. |
CAO Yi. Research on long-term nonlinear consolidation deformation of shield tunnel in soft soil[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2014. | |
[9] | 李冰河, 谢康和, 应宏伟, 等. 初始有效应力沿深度变化的非线性一维固结半解析解[J]. 土木工程学报, 1999(6): 47-52. |
LI Binghe, XIE Kanghe, YING Hongwei, et al. Semi-analytical solution of 1-D nonlinear consolidation considering the initial effective stress distribution[J]. China Civil Engineering Journal, 1999(6): 47-52. | |
[10] | 李传勋, 谢康和, 胡安峰, 等. 基于指数形式渗流考虑初始有效应力非均匀分布的软土一维非线性固结分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31 (Sup.1): 3270-3277. |
LI Chuanxun, XIE Kanghe, HU Anfeng, et al. One dimensional nonlinear consolidation analysis of soft soil considering non-uniform distribution of initial effective stress based on exponential seepage[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31 (Sup.1): 3270-3277. | |
[11] | 纠永志, 刘忠玉, 乐金朝, 等. 考虑非Darcy渗流和自重应力的一维固结分析[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2012, 40(4): 541-548. |
JIU Yongzhi, LIU Zhongyu, YUE Jinchao, et al. One-dimensional consolidation with a consideration of non-darcy flow and self-gravity stress[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2012, 40(4): 541-548. | |
[12] | MESRI G, TAVENAS F. Discussion of permeability and consolidation of normally consolidated soils[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1983, 109(6): 873-878. |
[13] | TAVENAS F, JEAN P, LEBLOND P. The permeability of natural soft clays, part II: Permeability characteristics[J]. Canadian Geotechnical Journal, 1983, 20(4): 645-660. |
[14] | 魏纲. 盾构施工引起地面长期沉降的理论计算研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008 (Sup.1): 2960-2966. |
WEI Gang. Research on theoretical calculation of long-term ground settlement caused by shield tunneling[J]. Chinese Journal of Rock Mechamics and Geotechnical Engineering, 2008 Sup.1): 2960-2966. | |
[15] |
胡安峰, 龚昭祺, 肖志荣, 等. 隧道周围饱和软土二维非线性固结分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(12): 1631-1638.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.228 |
HU Anfeng, GONG Zhaoqi, XIAO Zhirong, et al. Two dimensional nonlinear consolidation analysis of saturated soft soil around tunnel[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2023, 57(12): 1631-1638. | |
[16] | 张锁春. 抛物型方程定解问题的有限差分数值计算[M]. 北京: 科学出版社, 2010. |
ZHANG Suochun. Finite difference numerical calculation of definite solution problem of parabolic equation[M]. Beijing: Science Press, 2010. | |
[17] | 包鹤立. 衬砌局部渗漏条件下软土盾构隧道的长期性态研究[D]. 上海: 同济大学, 2008. |
BAO Heli. Research on the long-term behavior of sheild tunnel with partially sealed linings in soft soil[D]. Shanghai: Tongji University, 2008. | |
[18] | 谢康和, 郑辉, 李冰河, 等. 变荷载下成层地基一维非线性固结分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2003(4): 50-55. |
XIE Kanghe, ZHENG Hui, LI Binghe, et al. Analysis of one dimensional nonlinear consolidation of layered soils under time-dependent loading[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2003(4): 50-55. |
[1] | 王嘉琛, 孟令赞, 张顶立, 卢松, 文明. 黏弹性围岩纵向变形曲线及其释放系数演化规律[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(4): 513-524. |
[2] | 朱晔, 陈向禹. 隧道掘进机刀盘主要参数抗损伤抗裂纹设计方法[J]. J Shanghai Jiaotong Univ Sci, 2024, 29(5): 876-888. |
[3] | 汪金铎, 纪翀, 李欣, 张显涛. 悬浮隧道锚索布置选型研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2024, 11(3): 10-17. |
[4] | 王宝坤, 王如路, 陈锦剑, 潘越, 王鲁杰. 基于深度学习的盾构隧道表观病害自动检测方法[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(11): 1716-1723. |
[5] | 应宏伟, 姚言, 王奎华, 张昌桔. 双线平行顶管上跨地铁盾构隧道施工环境影响实测分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(12): 1639-1647. |
[6] | 胡安峰, 龚昭祺, 肖志荣, 陈缘. 隧道周围饱和软土二维非线性固结分析[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(12): 1631-1638. |
[7] | 冯国辉, 徐兴, 侯世磊, 范润东, 杨开放, 管凌霄, 徐长节. 基于Kerr地基模型的基坑开挖引起下卧既有隧道受力变形[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(4): 474-485. |
[8] | 陈仁朋, 王志腾, 吴怀娜, 刘源, 孟凡衍. 基于FAHP法和区间数改进TOPSIS法的盾构隧道下穿建筑物风险评估[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(12): 1710-1719. |
[9] | 何维, 孙宏磊, 陶袁钦, 蔡袁强. 开挖引起的隧道位移动态多目标优化反演预测[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(12): 1688-1699. |
[10] | 陈拴, 吴怀娜, 陈仁朋, 沈水龙, 刘源. 上方长距离基坑开挖引起的共线隧道变形研究[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(6): 698-706. |
[11] | 袁心怡, 苏焱, 刘祖源. 基于高精度Boussinesq方程的三维浅水晃荡数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(5): 521-526. |
[12] | 白旭, 杨苏杰. 过冷度影响海水结冰形状与速度的相场模拟[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(5): 513-520. |
[13] | 陈舞, 王浩, 张国华, 王成汤, 钟国强. 基于T-S模糊故障树和贝叶斯网络的隧道坍塌易发性评价[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(8): 820-830. |
[14] | 张子新,肖时辉,刘曈葳,黄昕,何人. 新型盾构隧道防水体系工程试验及数值分析[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(6): 688-695. |
[15] | 杨俊龙,门燕青,廖少明,高东奇,苏逢彬. 大直径盾构浅覆土下穿铁路桥涵的影响分析及施工控制[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2019, 53(3): 297-304. |
阅读次数 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
全文 116
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摘要 961
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||