复合地层泥水盾构开挖面失稳破坏宏微观机理.pdf

第 4 9卷 第 7期 2 0 1 5年 7月 上海交 通大学学 报 J OuRNAL OF SHANGHAI J I AO TONG UNI VERSI TY Vo L 4 9 NO 7 J u l _2 0 1 5 文章编 号：1 0 0 6 2 4 6 7(2 0 1 5)0 7 1 0 6 7 0 8 D OI：1 0 1 6 1 8 3 j c n k i j s j t u 2 0 1 5 0 7 0 2 6 复合地层泥水盾构开挖面失稳破坏宏微观机理 胡欣 雨，刘安 洋(上海应用技术学院 城市建设与安全工程学院，上海 2 0 1 4 1 8)摘要：针 对 复合地 层泥 水盾 构开挖 面稳 定 性 问题，采 用试验 研 究和数 值仿 真 分 析相 结合 的方 法，并结合宏观及微观研究手段，对泥水盾构施工过程 中周围土体力学特性及地层变位，进行 了定量分 析，揭示了该地层条件开挖面的失稳破坏模式 在此基础上建立了完善的开挖面稳定性三维解析方 法，主要得到以下结论：对于常见上软 下硬复合地层情况，低应 力水平条件 下泥浆的渗入能在一定 程 度上提 高土体 的 强度，减 缓侧 向 变形 的发 展，因此，有 效泥 浆 支护压 力 宜控 制在 较 小的 区间取值，且 不 宜过 大，并应 充 分利 用盾构 本体 正 面挡 板 来保持 地层 的稳 定；上软 下硬 复合地 层 中开挖 面 失稳 破 坏模 式与砂 性 土地层 的 失稳破 坏模 式相似，即表现 为 开挖 面前 方为楔 形体，破坏 区域 顶部 为烟 囱 状，最 大沉 降量发 生在 开挖 面前 方顶 部 附近 关 键词：泥水盾 构；复合 地层；泥浆 压力；失稳破 坏模 式 中图分 类号：U 4 5 5 4 3 文 献标 志码：A Fa c e F ai l u r e Me c h an i s m f or Sl u r r y Sh i el d Dr i v e n Tu n n el i n l a y er e d Gr o u n d Con di t i o n。_ Co u p l i n g Ma c r o s c o pi c a n d M i c r o s c op i c As p e c t H L，Xi n yu ，L U A，2 一 ya ng (Col l e g e of Ur ba n Con s t r u c t i on a n d Sa f e t y Eng i ne e r i ng，Sh a n gha i I n s t i t ut e o f Te c h no l og y，Sha n gh a i 2 01 4 18，Chi n a)Abs t r a ct：Th e f a c e s t a bi l i t y me c ha n i s m f o r s l ur r y s hi e l d u nd e r t he l a y e r e d gr o un d c on di t i o n i s o f g r e a t s i g n i f i c a nc e Dur i n g t he pr o c e s s o f t he s h i e l d t u nn e l l i ng，t he o r i g i na l s t r uc t ur e a nd t he s t r e n gt h of t he s o i l a r o u n d t h e f a c e wi l l b e c h a n g e d d u e t o t h e s l u r r y g r a d u a l i n f i l t r a t i o n i n t o t h e e x c a v a t i o n f a c e Th u s，i n o r d e r t o c on ne c t a nd q u a nt i f y t h e r e l a t i o ns hi p b e t we e n t he me c ha n i c a l p r op e r t y a n d t he mi c r o s c o pi c s t r uc t u r e，t h e t r i a xi a l e x pe r i m e nt a l t e s t s c o up l e d wi t h t h e nume r i c a l s i m u l a t i o n me t h od f or e va l ua t i ng t he t u n ne l l i ng i n du c e d g r ou nd m o v e me n t we r e i nt r o du c e d，Th e n，ba s e d o n t he a c t ua l g e o me t r y o f t he f a i l u r e m e c h a ni s m i n c l a y，a mo d i f i e d we d ge mod e l wi t h i t s c o r r e s p on di n g a na l y t i c a l s ol u t i o n f o r t he c r i t i c a l f a c e s u pp or t pr e s s ur e wa s p r e s e nt e d Fo r t he l a y e r e d gr o und c o nd i t i o n，i t i s r e c o m me n de d t ha t t he s l u r r y s u p po r t pr e s s u r e s ho u l d be c o nt r o l l e d t o a r e l a t i v e l y l o w l e ve l du e t o t he s o f t e ni n g c ha r a c t e r i s t i c of c l a y s o i l，a nd i t i s t he p r e s s ur e pr o du c e d b y t he s hi e l d c ut t e r bi t s a n d t r a ns f e r r e d t o t he e x c a v a t i o n f a c e c ont r i but e s t o f a c e s t a b i l i z a t i o n Th e g e o me t r y o f t h e f a i l u r e me c h a n i s m i n t h i s g r o u n d c o n d i t i o n r e s e mb l e s t h e c a s e i n s a n d：i t e xhi bi t s 3 c hi mn e y l i ke f a i l u r e m e c ha n i s m，c a n b e be t t e r de s c r i be d by t he we dg e s t a bi l i t y mod e l s，a n d t h e ma x i mu m d i s p l a c e me n t o f t h e g r o u n d j u s t o c c u r s o n t o p o f t h e t u n n e l f a c e Ke y wor ds：s l u r r y s hi e l d；l a ye r e d g r ou nd；s l u r r y pr e s s u r e d；f a c e f a i l u r e 收稿 日期：2 0 1 3 0 9 3 0 基金项 目：国家 自然科学基金(5 1 1 0 8 2 6 8)资助项 目 作者简介：胡欣雨(1 9 8 1 一)，女，广西柳州市人，副教授，研究 方向为隧道与结构工程 E ma i l：c h r i s t i e h x y 1 6 3 c o m 上 海 交通 大 学 学 报 第4 9 卷 大直径隧道已经成为目前及将来隧道发展的方 向之一 l】随着 隧道 直径 的增大，盾构 开挖 面面 积呈 平 方倍 增大，盾构 穿越 多种(2)地 层条 件 的概率显 著提高，给传统的应用于较均匀软土地层 的盾构隧 道 开挖 面稳 定性 分析方 法提 出 了新 问题 目前 泥水盾 构 隧道 开挖 面 的稳 定性 研究 主要 可 分为微 观及 宏观 两方 面 前 者主要 针对 小 的、局部 的 方面，如泥水质量 的控制、泥浆配制及泥膜质量的验 证 、一定压力泥水作用下土体结构性的改变及其 所引起的土体强度变化分析_ 5。，微观研究方法主要 有理 论分 析方 法及试 验研 究；而后者 通常从 大 的、整 体方 面去 研究，主要 包括 开挖 面支护 压力 的控 制 、极 限支护 压 力 的确 定 9 、开 挖 面 破 坏 模 式 及 机 理 研 究、施 工 对 周 围环 境 影 响 的理 论 研 究 1 ，宏 观研究 手段 主要 有 理 论 分 析方 法、试 验 研 究 及数 值 模拟 上 述对 泥水盾 构 开挖面 的研究 基本 是针 对均 匀 地层条 件(砂 性土 或 黏 性 土)，对 于 复 杂地 层 的特 点(如：软硬交 错，分 层)及泥浆 渗透 的影 响未在 试验 中 (特别 是离 心机模 型 试 验)体 现 如 不 同地 层 开 挖 面 稳定机理的差异性：黏性土等渗透系数低 的地层泥 水盾构开挖面的稳定机理不同于砂性土等渗透系数 相对 高 的地层 开挖 面 稳定 机 理，后 者 通 过在 开挖 面 形成 质量 优 良的泥 膜，把 泥 水压 力 变 换 成平 衡 开 挖 面 土压 和水压 的加 压 压 力；在 黏性 土 地 层 中 由 于难 以形成理 想泥 膜，且 泥水 与地 层接触 时，黏土更 易发 生 软化、强度 降低 此 外，国 内外 大量 工 程 实 际 和 已 有 研究表 明：与均匀 地层 情况 相 比，分层 地层条 件下 开 挖面 的失稳 状态，不仅 表现 在“量”上 的差别，而且 在 破坏 形式 上 也 存 在 较 大 的 差 异 1 因此，应 对 黏 性 土 砂 性 土分层 地层 泥水盾 构开 挖面 的稳定 机理、失 稳模 式进 行研究 本 文 采 用试 验研 究、数 值 仿 真 和理 论分 析 相 结 合 的方法，结合宏观及微观研究手段研究复合地层 条件 泥水盾 构开 挖 面稳 定 性 问题 开 展 真三 轴 试 验 探究复合地层情况在不同的应力水平条件下泥浆渗 入对 泥水盾 构 开挖面 土体 强度及 变形 特性 的影 响规 律；为揭示 上述 宏观 力学特 性 的变化，进一 步引 入颗 粒流数值模拟方法，从整体上展现复合地层泥水盾 构开挖面失稳破坏模式，并在此基础上建立了开挖 面稳定性三维解析方法 本研究对 完善复合地层情 况 下盾 构隧 道稳定 性分 析方法 及保 证盾 构 隧道 安全 施 工均 具有 一定意 义 1 泥浆渗入对开挖面土体强度及变 形 的影响 采用同济大学岩土及地下工程教育部重点实验 室 自行开发研制的真三轴仪，研究一般应力状态下 泥浆作用前后土体强度的变化特征 所用真三轴仪 为 刚柔 混 合 型，试 样 尺 寸 7 0 iT l m 7 0 mm 1 2 0 mm，加荷 方式 为均 布荷 载：小 主应 力 由气 压加 载 和 控制；中主应力 由独立控制的液压加载装置提供；大 主应力 由刚性 底 座通 过 千 斤顶 施 加，可 实 现 应力 或 应 变控 制式加 载模 式 1 1 试验 土样及 制备 本 文 以上 海 长 江 隧道 为 工程 背 景，试验 土 样取 盾构穿 越 的具有 代表 性 上 软 下硬 土 层，上 层 为 层 淤泥质 黏 土，下 层为 H层砂 质粉 土，其 相 应 物理 力 学性质指标如表 1所示 表中：为含水量；)，为重 度；e为孔 隙 比；G 为 比重；Kh为 渗透 系 数；K。为 静 止土压力系数 对于淤泥质黏土可直接采用真三轴 仪配套的制样装置直接从薄壁取土筒 切取原状土 体，而砂质粉土宜采取重塑的方法，为使试样尽可能 做 到初始 各 向同性，称取 土样采 用分 层湿 捣法 制样，天 然填 满特制 的橡 胶模并 反压 至饱 和 表 1 试验土样的基本物理力学性质指标 Ta b 1 Phy s i c al pr o pe r t i e s o f t wo t y pe s o f s o i l s 1 2试验 方案 试 验 条 件 为真 三 轴 固结 排水 试 验，用 于模 拟 泥 水盾构管片拼装或检修时的停止推进状态_】，加载 方 向的设 置 为：竖 直 方 向为 大 主应 力，可 根 据 泥 水盾 构不 同埋深 确定；中主应力 用 于模 拟 泥水 盾 构水 平支 护压 力；小 主应 力 为 围压，按 照盾 构 周 边 土体 的初始 应力 水 平设 定 试验 采 用 的 应力 路 径 为：先将、。同步增加到初始 固结压力；待试 样 充分 固结 后，保 持 不 变，和 按 一 定 比例(一b a +(1-b)a。)逐渐 增 大直 至 发 生 剪 切 破 坏 其 中，b为中主应力 比率 在中主应力 方 向上的 2 个侧面可以实现泥浆的注入 本 文取 3种 不 同初 始 应力 水 平(根 据 地 质 条 件 中主应力 比率 b 一0 4)，具体的试验方案如表 2所 示 表 中：L表示 无 泥 浆 作用 的分 层 土样(上 层 黏 性 土 C及 下层 砂性 土 S)；L M 表示 泥 浆作 用 下 的泥 浆 第7 期 胡欣雨，等：复合地层泥水盾构开挖 面失稳破坏宏微观机理 土 所用 泥浆取 自工程现 场所 配制 的浆 液，基 本性 状 指标 为 马 氏黏 度 1 8 4 S，0 4 2 k P a条 件下 失水 量 为 8 9 mL，相对 密度 1 2 7 4 表 2 分层情况真三轴试验方案 Ta b 2 S e r i e s o f t e s t s f o r t wo-l a y e r s o i l i n e xp e r i me n t a l p r o g r a m 1 3试 验结 果 试 验过 程 中，上 述试 样 在 真 三轴 仪 上 每组 均 试 验 3次，取 3 次试验的平均值作为测量结果分析不 同应力水平下泥浆土强度和变形特性 图 1所示 为 中主应力 系数 6 0 4时，各级 围压 作用 下泥 浆土(L M)的 一 ，。一 e。关 系 曲线 1 4 0 1 2 O 矗 8 o 4 0 -i-a 3 1 0 0 k P a,LM _ 1 一 o 3=1 2 5 k P a,LM 一2 +a 3=1 5 0 k Pa,LM 一3 O 2 4 6 8 l 0 1 2 1 4 C 1 图 1 不 同 围压 作 用 F泥浆 土 L M 的 应 力一 应 变 关 系 Fi g 1 St r es s s t r a i n of s l ur r y s o i l un de r di f f e r e nt c o nf i ni ng p r e s s ur e s 由图可见，在泥浆作用下，强度和侧 向变形的规 律相对无 泥浆作用 情况有 了较 大 的改变：低 围压 一1 0 0 k P a 情况下对应着最大 的土体强度，且土体 侧向变形缓慢，平台阶段与过渡阶段区间较大，在允 许的侧向变形下能够承受更大的侧 向压力；随着 围 压 的提 高，一 1 2 5，1 5 O k P a情 况下，当 e 6 ，O-。一1 5 0 k P a 所 对应的强度逐渐增大，但仍小于低围压 一i 0 0 k P a 情 况，且 E 1 6 正 好 对 应 于 2 o。一 1 2；3 1 2 5，1 5 0 k P a 时 侧 向 变 形 规 律 与 强 度 变 化 规 律 基 本 相 似：当O-。1 2时，O-。一1 5 0 k P a 所对 应 的变形 量 逐 渐增 大，在最大侧压力。一1 3 2处，与围压 巩=1 2 5 k P a相 比，其最 大侧 向变 形量增 大 了约 3 3 上述泥浆在不同围压作用下渗入土体引起土体 强度 和 变形 的变化 规律 可 以归结 为 以下三 者之 间 的 相互 作 用关 系：泥 浆 中的细 粒成 分 对地 层 空 隙填 补，并与土体颗粒胶结、积聚于土体表面形成泥膜，产 生泥 膜效果；泥 浆 中的水 渗 入地 层侵 蚀 破 坏土 体结构；随着围压的提高土体本身强度增大及变 形量减小 低围压：1 0 0 k P a 条件下，作用 占主 导作用，其程度和发展速度大于作用情况，泥膜很 快形 成并 发挥 作 用 阻止 了水 的进 一步 渗 透，表 现 为 强度 最 高，侧 向变 形 量 最小；而 高 围压。一1 5 0 k P a 条件 下，作用 随着 侧 向压 力 的增 大 也 转 为 主导 角 色，在一定程度上破坏了土体的结构，但是围压对强 度 的影 响 即作 用 也 不 能 忽 略，两 者 相 互 作 用、抵 消，使强度和侧 向变形呈现如图 1所示的变化规律 由此可知，对于黏土砂土分层情况，低应力水平条件 下泥浆的渗入能在一定程度上提高土体 的强度，减 缓侧 向变形 的发展 2 泥水盾构开挖面失稳破坏机理 2 1颗粒流 方 法 离散单元法是 目前研究散体介质细观力学行为 的常用数值分析手段，本文采用 的二维颗粒流方法 属于离散单元法的一种 颗粒流方法克服了传统连 续介质力学模型的宏观连续性假设，可以从细观层 面上对土的工程特性进行数值模 拟，并通过细观参 数 的研 究来 分析 宏 观力 学 行 为 对 于 盾 构 开 挖 面稳 定 性分 析 的模 拟 问题，颗粒 流方 法 可 有 效模 拟 颗 粒 间的相 互作 用、大变形、断 裂、坍 塌 和流动 等 问题 本文采用颗粒离散单元法(P F C 。)研究复合地 层泥水平衡盾构开挖面的失稳破坏机理，描述其发 生一局部破坏一整体破坏 的整个发展过程，包括对 周围地层产生的影响，明确该地层条件下 由于支护 压 力不 足而 造成 的开挖 面 失稳破 坏模 式 2 2复合地 层初 始地 层数 值模 型 的建立 砂黏性土复合地层模型的建立及盾构推进初始 状 态 的模拟 可分 为 以下 3 个 过程：(1)地层模型尺寸宽 4 0 0 1T i m，高 3 5 7 mm，边界 上 海 交 通 大 学 学 报 第4 9 卷 一(B+2 Ht a n d )(L+2 Ht a n )计 B+2(Hz)t a n a 一 L+2(H )t a n a b ”(B+2 H t a n 12 a)一 (L+2 H t a n 12 b)井 f i E,-c(干 +百 干 )(B+2(H )t a n 12 a)m(L+2(H )t a n 12 b)m 一 d +q。一 旦 f!翌 m 面 十 J 一 旦 !璺 !翌 一 l 一 式 中：B、L 为上 部 滑 动 块 底 面 与 盾构 轴 线 垂 直、平 行方 向上的计 算长度，当不考虑楔形体宽度 D 变 化 的影 响时，BD，LDc o t 0；q。为地 表超 载；K。为静止土压力系数；为内摩擦角；C为内聚力；)，为 重度 因此，改进 松动 土压力 计算 得到 的竖 向土 压力 大小 与开挖 面 临界支 护压 力 的取值密 切相关 土压力计算仍以背景工程 中第层灰色淤泥质 黏土(土层参数见表 3)为例，并 根据颗粒流数值模 拟计 算工况 进 行 分 析，即上 覆 埋 深 C一 2 1 D 采 取 隧道 直径 D一1 5 m，则 C一3 1 5 m 假设 ，则 由改 进松 动土 压力计 算公 式(1)，对应 不 同张开 角得 到 的竖 向土压 力 分 布情 况如 图 8所示(不 考 虑地 表 超载 q。)，计 算过 程 中，取 一丌 4+2 表 3 算例计算所用土层参数 Ta b 3 Ba s i c pa r a m e t e r s f or t wo-l a y e r g r o un d c a s e O l 0 0 2 0 0 30 0 40 0 5 0 0 6 0 0 v k P a 图 8 改进松动土压力计算结果 Fi g 8 Ca l c ul a t i on r e s ul t s f r om mod i f i e d Te r z a gh i S s o i l pr e s s ur e e qua t i o n 由 图 8可见，当 a 一 一7 c 2时，即为无 土 拱 作 用(N S A)的 情况；当a 一-12 一0 时，传 统松 动 土 压 力 与改 进松 动土压 力 计 算结 果 均 取 得 较好 的一 致 性，验证 了式(1)的正 确性；随着 张 开 角 的逐 渐 增 大，竖 向压力值逐渐接近无土拱效应的情况，此外，考虑土 拱效 应与 无土拱 效应 分别 对应 的竖 向压力 的差值 随 着深 度 的增大 而 明显 增加 太沙基松动土压力计算公式是建立在拱效应完 全 发挥 的假设 前提 下，而 拱 效 应 的发 挥 需 要 一定 的 变 形量，但是对 于 黏性土 地层，特别 是在埋 深较 大情 况下，较难有足够的位移量保证松动土压力完全发 挥，故在实际应用中传统 的松动土压力计算结果将 偏 小，而对于 该地 层 的松 动 土 压 力滑 动 区域研 究 结 果 表 明：滑动 面不 符合熟 知 的竖 向土条假 定，上覆 土 体区域稍大，即存在一定的张开角，这在一定程度上 增 大 了竖 向压力，使其接 近 于实 际情 况 竖 直压 力 的取 值是 楔形 体模 型开挖 面临 界支 护 压 力合 理确 定 的重 要 参 数 之一，而 改进 楔 形 体模 型 及 其开 挖 面临界支 护压 力解 析解 的适用 范 围主要 为 均质黏 性 土地层及 包 含 黏 性 土 的分 层 地 层 条 件，因 此，应进 一 步研究 开 挖 面前 方 分 层地 层 黏 性 土 层 高 度 h的影 响 如 图 9 所 示，当分别 取 h 一0，1 5 m 时，开挖 面前方 即成 为 均质 砂 性 土 地层、黏性 土 地 层 条 件 由于楔形体上部均视为黏性土地层，故可采用图 8中改进 的松 动土压 力计 算结 果，其 中，滑 动 面与 垂 直方 向的 张开角 分别 取 a 一 一5。，1 5。，2 5。，3 5。，4 5。根据上述分析：对于开挖 面前方下层砂性土部 分，仅按传统楔形体模型考虑，即假设楔形体两侧滑 动 面 与 垂 直 方 向 张 开角 a。一0；而 对 于 开 挖 面 前 方 0 图 9 改进楔形体模型砂、黏性土分层地层工况 Fi g 9 Ba s i c p a r a m e t e r s f or t wo l a y e r s gr ou nd c on di t i on 第7 期 胡欣 雨，等：复合 地层 泥 水盾构 开挖 面失 稳破 坏宏微 观机 理 上层 黏性 土部 分，按 改进 楔形体 模 型考虑，并假 设楔 形 体 两侧滑 动 面与垂 直方 向张 开角 为 a ，满 足 a 一 a 一 随着 由 0逐渐增大至 1 5 m，上述假设条件 下 临界 支护 压 力 P 与竖 向 土 压 力 关 系 如 图 1 O 所 示 v k P a 图 1 0 h不 同取值 时临界支护压力与上覆 土压力 的关 系 Fi g 10 Re l a t i on be t we e n c r i t i c a l s u ppo r t pr e s s u r e a nd o ve r b u r d e n p r e s s u r e a t d i f f e r e n t h 由图 1 O可见，若 n 一 取定值，随着高度 h逐 渐提 高，开 挖 面 临 界 支 护 压 力 明显 增 大，且 a ：越大，增大程度越显著；若 高度 h取定值，也可观察 到相 同的规律，开挖 面临界 支护压 力 随着张 开角 一 的提 高而 明显增 大，且 h越 大，增 大 程度 越 显 著 这 主要是 由于在 黏性 土地 层 中考 虑 了楔 形 体 两 侧的张开角 a ，随着 叽 的提高，临界支护压力呈指 数增大趋势 这验证了颗粒流数值模 拟中对 于最不 利工 况 的假设，即取 盾构 顶 部 正 好 处 于 不 同土 层 分 界面处 值得注意 的是，对于任一高度，随着张开 角 a 逐渐增大，与临界支护压力对应的楔形体倾角 基本 保持 不 变，这 对 应 了颗 粒 流数 值 模 拟 中 同一 工况 下 唯一确 定 的开挖 面破 坏模 式 为了确定任一高度 h所对应的唯一 的临界支护 压力 值，假设 在 a 一a 一(a。一 0)时，楔 形 体 张 开 角 a 与其 倾角 0成 互 余关 系，即 一兀 2 0，由此 可得到任一高度 所对应的唯一确定的临界支护压 力，如 图 1 O 所 示(空心 圆 圈表 示)4 结 语 本 文采 用 真 三 轴试 验 研究、基 于离 散 元 的颗 粒 流数值模拟及在此基础上的解析分析方法探究了分 层地层条件下，泥浆对开挖面前方土体的渗入、有效 支护压力的相互作用对土体强度及变形特性 的影响 规律 此外，进一步引入离散单元法，将上述宏观力 学特性与微观结构特征相联系，并通过建立颗粒流 数值模拟计算模型，研究分层地层泥水盾构开挖面 的失稳破坏机理，描述其 发生、发展 的整个过程，包 括对 周 围地层 产生 的影 响，明确 该 地层 条 件 开 挖 面 的失稳破坏模式 具体为：(1)对 于上 软 下 硬 复 合 地 层 情 况，低 应 力 水 平 条件下泥浆 的渗入能在一定程 度上提高 土体 的强 度，减缓侧 向变形的发展 但是，该地层条件所对应 的有效泥浆支护压力上、下限值波动范围较小，即在 泥水 盾构施 工 中，有 效 泥 浆 支 护 压力 宜控 制 在 较 小 的 区间取值，且 不宜 过大，并应 充分 利用 盾构 本体 正 面挡 板来保 持 地层 的稳定 (2)上软下硬复合地层中开挖面失稳破坏模式 与砂性土地层的失稳破坏模式相似，即表现为开挖 面前方为楔形体，破坏区域顶部为烟囱状，最大沉降 量 发 生在开 挖 面前方 顶部 附近 埋深 较大 时，土体 颗 粒 间的拱效应将使得开挖面的塌陷破坏难以发展至 地 表 面(3)对复合地层条件，开挖面前方分层地层 黏 土层 高度 在较 大程 度上 影 响着 临界支 护压力 的取 值，这主要是由于在黏性土地层中考虑 了楔形体两 侧 的张开角 对张开角，可结合 2种方法确定：数值 模 拟 开挖 面失稳 破 坏 时 所对 应 的滑 动倾 角；几何 关 系假设楔形体张开角等于上部土柱张开角，即 a d =且 a与其倾角 成互余关系，即 a：2 一 参考 文献：1 董哲 仁日本盾 构施 工技 术新 进展 J 水利 水 电技 术，2 0 0 1，3 2(2)：2 9 3 2 DONG Zhe-r e n The ne w de v e l op me nt o f t unn e l c on s t r u c t i o n t e c h n o l o g y i n J a p a n J Wa t e r R e s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r E n g i n e e r i n g，2 0 0 1，3 2(2)：2 9 3 2 2 F r i t z P，He r ma n n s S R，He i n z AMo d i f i e d b e n t o n i t e s l ur r y f or s l ur r y s hi e l ds i n hi ghl y p e r me a bl e s o i l s E E B OL (2 0 0 2 1 2 1 6)2 0 1 4 0 8 2 0 h t t p：w ww i g t e t h z c h r e s o u r c e s p u b l i c a t i o n s 5 8 6 p a p e r s 2 1 4 s l u r r y pdf 3 F r i t z P A d d i t i v e s f o r s l u r r y s h i e l d s i n h i g h 1y p e r me a b l e g r o u n d E J Ro c k Me c h a n i c s a n d Ro c k E n g i n e e r i ng，2 0 07，4 0(1)：8 1 9 5 4 N a n d u r d i k a N S，Ta k a c h N E，Mi s k a S z C h e mi c a l l y i mp r o v e d f i l t e r c a k e s f o r d r i l l i n g we l l s J J o u r n a l o f En e r g y Re s o ur c e s Te c h no l o g y，2 0 02，1 2 4(4)：2 2 3 2 3 O 5 F i l z G M，Ad a ms T，D a v i d s o n R R S t a b i l i t y o f l o n g t r e nc he s i n s a nd s u pp or t e d b y be nt oni t e wa t er s l ur r y J J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n me n t a l E n-g i n e e r i n g，2 0 0 4，1 3 0(9)：9 1 5 9 2 1 6 F o x P J An a l y t i c a l s o l u t i o n s f o r s t a b i l i t y o f s l u r r y 1 0 7 4 上 海 交通 大 学 学 报 第4 9 卷 7 8 9 1 0 1 1 1 2 t r e n c h J J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n-me nt a l En g i n e e r i n g，2 00 4，13 0(7)：74 9 7 5 8 TS AI J i i n-s o n g，CHANG Ch i a c h y i，J OU Le e d e r I a t e r a 1 e x t r us i on a na l y s i s of s a n dwi c h e d we ak s oi 1 i n s l u r r y t r e n c h J 。J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n。v i r o nme nt a l En g i n e e r i n g，1 99 8，1 24(1 1)：1 08 2 1 0 9 0 Ba hha us H Tun ne l f a c e s t a b i l i t y i n s l ur r y s h i e l d t un n e l i n g Cf f P r o c e e d i n g s o f t h e T w e l f t h I n t e r n a t i o n a l Co nf e r e n c e o n S oi l M e c h a ni c s a nd Fo un da t i o n Eng i。n e e r i n g Ri o d e J a n e i r o，Pu b l Ro t t e r d a m：A A Ba l k e m a，1 98 9：7 75-77 8 S oub r a A HThr e e d i m e n s i on a l f ac e s t a bi l i t y a na l y s i s o f s h a l l o w c i r c u l a r t u n n e l s c I S R M I n t e r n a t i o n a l S y mpo s i um，M e l bo u r n e Aus t r a l i a：I nt e r na t i o na l So c i e t y f o r Ro c k M e c h a n i c s，2 0 0 0：1-6 So ubr a A HKi n e ma t i c a l a p pr oa c h t o t he f a c e s t a b i l i t y a n a l y s i s o f s h a l l o w c i r c u l a r t u n n e l s C 8 t h I n t e r n at i o na l Sy mp o s i u m on Pl a s t i c i t y Ca na d a：Br i t i s h Co l u mbi a，2 0 02：4 43 44 5 Br o e r e W Tu n n e l f a c e s t a b i l i t y&n e w CP T a p p l i c a t i o n s D D e l f t：D e l f t Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，2 O O1 Ma i r R J，Ta y l o r R N Bo r e d t u n n e l l i n g i n t h e u r b a n e n v i r o n me n t C P r o c e e d i n g s o f t h e 1 4 t h I n t e r n a t i o n a l Co nf e r e nc e o n So i l M e c ha ni c s a n d Fo u nd at i o n En g i。1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 ne e r i ng Rot t e r da m：AA Ba l ke ma，1 9 97：2 35 3 23 85 Ma i r R J Ce n t r i f u g e mo d e l l i n g o f t u n n e l c o n s t r u c t i o n i n s o f t c l a y D C a mb r i d g e UK：C a mb r i d g e o f Un i ve r s i t y，1 9 7 9 Se l by A RSu r f a c e mov e me nt s c a u s e d by t u nne l l i n g i n t w o l a y e r s o i l c P r o c 2 3 r d A n n u a l C o n f e r e n c e o f t h e Eng i ne e r i ng Gr o u p o