基于CDEM的砂卵石地層盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性分析

薛亞東 ，張 森 ，李 興 ，葛嘉誠

（1.同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092；2.同濟大學土木工程學院，上海 200092）

隨著盾構(gòu)法在我國隧道工程中的廣泛應用，以成都為代表的砂卵石地層對盾構(gòu)施工技術(shù)的適用性提出了挑戰(zhàn).在成都地鐵1 號線盾構(gòu)施工過程中，多個區(qū)間出現(xiàn)了明顯的滯后沉降現(xiàn)象，造成了巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響.砂卵石地層與均質(zhì)地層相比具有結(jié)構(gòu)變異性大、力學性質(zhì)復雜等特點[1]，因此深入研究砂卵石的細觀力學特性，探明砂卵石地層中盾構(gòu)開挖面的失穩(wěn)機理，對于我國城市地鐵隧道建設(shè)具有重要意義.

針對砂土、砂卵石土的力學特性及其地層條件下的盾構(gòu)施工等問題，國內(nèi)外學者開展了廣泛的研究.模型試驗方面：范祚文等系統(tǒng)開展了砂卵石地層中盾構(gòu)開挖對地層影響的試驗工作，分析得出了開挖面支護壓力分布與地表沉降規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系[2]；Chen Renpeng 等對砂土中盾構(gòu)開挖面失穩(wěn)機理進行了研究，發(fā)現(xiàn)開挖面失穩(wěn)分為局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)，并通過監(jiān)測應力集中比得到了土拱的高度[3]；胡雄玉等通過縮尺試驗和PFC3D (particle flow code in 3D)數(shù)值模擬，對砂卵石地層和砂土地層中盾構(gòu)開挖引起的地層變形做了對比研究，發(fā)現(xiàn)砂卵石地層地表沉降曲面自上而下呈現(xiàn)逐漸收縮的“V形河谷”狀，而砂土地層地表沉降曲面呈“圓形漏斗”狀[4].數(shù)值模擬方面：考慮砂卵石地層的結(jié)構(gòu)特征與變形不連續(xù)性，Wang Yunnian 采用CDEM （continuum-based discrete element method）離散元方法，建立砂卵石混合土體數(shù)值模型并進行單軸加載試驗，數(shù)值模擬的結(jié)果與原位測試在非線性變形和破壞模式方面具有很好的一致性[5]，為砂卵石地層的數(shù)值模擬提供了一種新手段；……