Phân tích giới hạn sự sập mái trong các đường hầm dưới ảnh hưởng của lực thấm với cơ chế sập ba chiều

Journal of Central South University - Tập 20 - Trang 2314-2322 - 2013
Chang-bing Qin1, Zhi-bin Sun1, Qiao Liang1
1School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, China

Tóm tắt

Trạng thái sập mái trong các đường hầm thực sự là ba chiều, do đó việc xây dựng một cơ chế sập ba chiều là rất quan trọng để phản ánh một cách hợp lý hơn các phạm vi sập thực tế. Theo tiêu chuẩn hỏng hóc Hoek-Brown và định lý giới hạn của phân tích giới hạn, giải pháp để mô tả hình dạng của sự sập mái trong các đường hầm hình tròn hoặc hình chữ nhật chịu lực thấm được đưa ra nhờ vào các tính toán biến thiên. Các lực thấm được tính toán từ gradient phân bố áp lực lỗ rỗng dư thừa được coi là tải trọng bên ngoài trong phân tích giới hạn, và việc tính toán áp lực lỗ rỗng với hệ số áp lực lỗ rỗng rất tiện lợi. Do đó, ảnh hưởng của các lực thấm được xem xét như một tỷ lệ công việc của lực bên ngoài và được đưa vào phân tích giới hạn. Các kết quả số về kích thước sập với các tham số đá khác nhau cho thấy tính hợp lệ và sự đồng nhất lớn khi so sánh với các kết quả của cơ chế hỏng hai chiều.

Từ khóa

#sập mái #đường hầm #cơ chế sập #phân tích giới hạn #lực thấm

Tài liệu tham khảo

KIM J, SALGADO R, YU H S. Limit analysis of slopes subjected to pore-water pressures [J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1999, 125(1): 49–58. MICHALOWSKI R L. Stability charts for uniform slopes [J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2002, 128(4): 351–355. SOUBRA A H. Static and seismic passive earth pressure coefficients on rigid retaining structure [J]. Canadian Geotechnical Journal, 2000, 37(2): 463–478. AGAR J G, MORGENSTERN N R, SCOTT J. Shear strength and stress-strain behavior of Athabasca oil sand at elevated temperatures and pressure [J]. Canadian Geotechnical Journal, 1985, 24(1): 1–10. BAKER R. Nonlinear Mohr envelopes based on triaxial data [J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2004, 130(5): 498–506. YANG X L, LI L, YIN J H. Seismic and static stability analysis for rock slopes by a kinematical approach [J]. Geotechnique, 2004, 54(8): 543–549. YANG X L, YIN J H. Slope stability analysis with nonlinear failure criterion [J]. Journal of Engineering Mechanics, 2004, 130(3): 267–273. YANG X L, YIN J H. Upper bound solution for ultimate bearing capacity with a modified Hoek-Brown failure criterion [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2005, 42(4): 550–560. YANG X L, YIN J H. Estimation of seismic passive earth pressures with nonlinear failure criterion [J]. Engineering Structures, 2006, 28(3): 342–348. LAM L, FREDLUND D G. A general limit equilibrium model for three-dimensional slope stability analysis [J]. Canadian Geotechnical Journal, 1993, 30(6): 905–919. CHEN Z Y, WANG X G, HABERFIEDL C. A three-dimensional slope stability analysis method using the upper bound theorem [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2001, 38(1): 69–378. DONALD I B, CHEN Z Y. Slope stability analysis by the upper bound approach: Fundamentals and methods [J]. Canadian Geotechnical Journal, 1997, 34(6): 853–862. ANAGNOSTOU G, KOVÁRI K. Face stability conditions with earth-presssure-balanced shields [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 1996, 11(2): 165–173. LECA E, DORMIEUX L. Upper and lower solutions for the space stability of shallow circular tunnels in frictional material [J]. Geotechnique, 1990, 40(4): 581–606. SOUBRA A H, DIAS D, EMERIAULT F. Three-dimensional face stability analysis of circular tunnels by a kinematical approach [C]// Proceedings of the Geocongress Characterization Monitoring and Modelling of Geosystems, New Orleans, 2008: 9–12. CHAMBON P, CORTÉ J F. Shallow tunnels in cohesionless soil: Stability of tunnel face [J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1994, 120(7): 1148–1165. YANG X L, ZHANG J H, JIN Q Y, MA J Q. Analytical solution to rock pressure acting on three shallow tunnels subjected to unsymmetrical loads [J]. Journal of Central South University, 2013, 20(2): 528–535. YANG X L, JIN Q Y, MA J Q. Pressure from surrounding rock of three shallow tunnels with large section and small spacing [J]. Journal of Central South University, 2012, 19(8): 2380–2385. YANG X L, HUANG F. Three-dimensional failure mechanism of a rectangular cavity in a Hoek-Brown rock medium [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2013, 61: 189–195. YANG X L, HUANG F. Collapse mechanism of shallow tunnel based on nonlinear Hoek-Brown failure criterion [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2011, 26(6): 686–691. MOLLON G, DIAS D, SOUBRA A H. Rotational failure mechanisms for the face stability analysis of tunnels driven by a pressurized shield [J]. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2011, 25(12): 1363–1388. FRALDI M, GUARRACINO F. Limit analysis of collapse mechanisms in cavities and tunnels according to the Hoek-Brown failure criterion [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2009, 46(4): 665–673. FRALDI M, GUARRACINO F. Analytical solutions for collapse mechanisms in tunnels with arbitrary cross sections [J]. International Journal of Solids and Structures, 2010, 47(2): 216–223. YANG X L, ZOU J F. Cavity expansion analysis with non-linear failure criterion [J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Geotechnical Engineering, 2011, 164(1): 41–49. YANG X L. Seismic passive pressures of earth structures by nonlinear optimization [J]. Archive of Applied Mechanics, 2011, 81(9): 1195–1202. YANG X L, WANG J M. Ground movement prediction for tunnels using simplified procedure [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2011, 26(3): 462–471. LEE I M, NAM S W. The study of seepage forces acting on the tunnel lining and tunnel face in shallow tunnels [J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2001, 16(1): 31–40. HOEK E, BROWN E T. Practical estimate the rock mass strength [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 1997, 34(8): 1165–1186. YANG X L. Seismic bearing capacity of a strip footing on rock slopes [J]. Canadian Geotechnical Journal, 2009, 46(8): 943–954. YANG X L, YIN J H. Slope equivalent Mohr-Coulomb strength parameters for rock masses satisfying the Hoek-Brown criterion [J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2010, 43(4): 505–511. SAADA Z, MAGHOUS S, GARNIER D. Stability analysis of rock slopes subjected to seepage forces using the modified Hoek-Brown criterion [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2012, 55(1): 45–54. CHEN W F. Limit analysis and soil plasticity [M]. Amsterdam: Elsevier, 1975: 85–96.