Прогноз пространственного напряженно-деформированного состояния физически нелинейного грунтового массива в призабойной зоне тоннеля

Предложена методика построения численной модели для прогноза напряженно-деформированного состояния (НДС) впереди лба забоя и его устойчивости в зависимости от величин отпора, создаваемого временной крепью, и использованной модели среды. Методика рассматривалась на примере выработки глубокого заложения и круговой формы, пройденной в грунтовом массиве. Инженерно-геологические характеристики массива приняты на основании проведенного сопоставления кривых деформирования реальных лабораторных испытаний и их виртуального моделирования (виртуальная калибровка). Входные параметры были подобраны для описания поведения грунтового массива моделями упруго-пластического тела и упруго-пластического с упрочнением. Исследуется влияние изменения жесткости временного крепления, задаваемого равномерно распределенной нагрузкой, приложенной перпендикулярно поверхности лба забоя, на геомеханические процессы в окрестности выработки. Моделью учитывалась технология раскрытия сечения тоннеля по уступам. Проводится анализ процесса образования и качественного изменения зоны предельных состояний и зоны упрочнения впереди лба забоя. Рассматривается распределение величин коэффициентов концентрации наибольших главных напряжений и наибольших касательных напряжений в окрестности выработки. Для модели Кулона-Мора (MC) их максимальные значения позволили установить размер зоны предельных состояний. Сопоставляется аналитическая методика расчета критерия устойчивости обнажений по сдвигающим напряжениям с результатами моделирования. Проводится сравнение величин продольных смещений лба забоя при использовании модели МС и модели упрочняющегося грунта (НSs). В модели Кулона-Мора модуль деформации задавался равным секущему модулю деформации модели упрочняющегося грунта. На основании проведенного исследования даны рекомендации к определению параметров временного крепления.

Ключевые слова: Plaxis, нелинейное деформирование, грунтовый массив, модель упрочняющегося грунта, устойчивость лба забоя, тоннель.
Как процитировать:

Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз пространственного напряженно-деформированного состояния физически нелинейного грунтового массива в призабойной зоне тоннеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 5. – С. 128–139. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0-128-139.

Благодарности:
Номер: 5
Год: 2020
Номера страниц: 128-139
ISBN: 0236-1493
UDK: 0236-1493
DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0-128-139
Дата поступления: 04.02.2020
Дата получения рецензии: 18.03.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 20.04.2020
Информация об авторах:

Протосеня Анатолий Григорьевич1 — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: kaf-sgp@mail.ru,
Иовлев Григорий Алексеевич1 — аспирант, e-mail: gregoriiovlev@gmail.com,
1 Санкт-Петербургский горный университет.

 

Контактное лицо:

Иовлев Г.А., e-mail: gregoriiovlev@gmail.com.

Список литературы:

1. Протосеня А. Г., Огородников Ю. Н., Деменков П. А., Карасев М. А., Лебедев М. О., Потемкин Д. А., Козин Е. Г. Механика подземных сооружений. Пространственные модели и мониторинг / Под ред. Л.К. Горшкова. — СПб.: МНЭБ, 2011. —355 с.

2. Алексеев А. В., Вербило П. Э. Численное моделирование устойчивости лба забоя в зоне неоднородности при недренированной модели массива // Известия Уральского государственного горного университета. — 2019. —№ 1 (53). —С. 80—87. DOI: 10.21440/23072091-2019-1-80-87.

3. Sitarenios P., Litsas D., Kavvadas M. The interplay of face support pressure and soil permeability on face stability in EPB tunneling. World Tunnel Congress (WTC), San Fransisco, CA, USA, 2016, pp. 1—10.

4. Kirsch A. Experimental and numerical investigation of the face stability of shallow tunnels in sand. ITA-AITES World Tunnel Congress, Budapest, 2009, pp. 1—8.

5. Peila D. A. A theoretical study of reinforcement influence on the stability of a tunnel face // Geotechical and Geological Engineering, 1994, Vol. 12, No 3, pp. 145—168. DOI: 10.1007/ BF00426984.

6. Беляков Н. А., Протосеня А. Г. Определение пространственного напряженно-деформированного состояния слабого грунтового массива в призабойной части при проходке тоннеля с использованием пригруза забоя // Записки Горного института. — 2011. — Т. 190. — С. 149—157.

7. Лебедев М. О., Карасев М. А., Беляков Н. А. Влияние крепления забоя тоннеля на развитие геомеханических процессов в породном массиве // Известия вузов. Горный журнал. — 2016. — № 3. — С. 24—32.

8. Маслак В. А. Опыт обеспечения устойчивости забоя и кровли при строительстве выработок в протерозойских глинах // Записки Горного института. — 2009. — Т. 183. — С. 297—299.

9. Ukritchon B., Yingchaloenkitkhajorn K., Keawsawasvong S. Three-dimensional undrained tunnel face stability in clay with a linearly increasing shear strength with depth // Computers and Geotechnics, 2017, Vol. 88, pp. 146–151. DOI: 10.1016/j.compgeo.2017.03.013.

10. Oreste P. Evaluation of the tunnel face stability through a ground stress analysis with a hemispherical geometry approximation // American Journal of Applied Sciences. 2014. Vol. 12, No 11, pp. 1995—2003. DOI: 10.3844/ajassp.2014.1995.2003.

11. Benz T. Small-strain stiffness of soils and its numerical consequences. PhD thesis, Stuttgart, 2007, 193 p.

12. Алексеев А. В., Иовлев Г. А. Адаптация модели упрочняющегося грунта (hardening soil) для инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 4. — С. 75–87. DOI: 10.25018/0236-14932019-04-0-75-87.

13. Brinkgreve R. B. J., Engin E., Swolfs W. M. Plaxis 2D manual. Rotterdam, Netherlands, Balkema, 2017, 816 p.

14. Anagnostou G., Schuerch R. Tunnel face stability and tunneling induced settlements under transient conditions. Technical report, Zurich, 2016. 182 p.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.