土的剪胀性对隧道开挖地表沉降的影响机理及其计算方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908010
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0807.岩土与基础工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

A reasonable prediction of the surface settlement induced by tunneling is very important for the security construction of subway and normal use of the existing structures. However, the surface settlement troughs that are calculated by current methods are usually ‘wider and shallower’ than the actual condition. To solve the above problem, this project starts from a fundamental characteristic of soil--dilatancy. Model test, theoretical analysis and numerical simulation are adopted together, to reveal the influence mechanism of dilatancy on the shape of surface settlement trough, as well as to propose a numerical calculation method of surface settlement considering dilatancy. The main content is as follows. (1) A large-scale model test of shield tunneling will be conducted to measure the surface settlement in the ground with different degree of dilatancy. With the help of discrete element simulation, the internal relationship between the transmission of the ground loss and the distribution of the contraction/dilatancy zone will be analyzed, so that we can explain how dilatancy affects the shape of surface settlement trough. (2) New equations of the phase transformation stress ratio and dilatancy will be established, and a practical elastoplastic constitutive model will be developed to describe the soil dilatancy under the stress path during tunneling. By introducing proper stress integration algorithm, user material subroutine of the constitutive model is then written to perform numerical calculation of the surface settlement. This project grasps the fundamental characteristic of soil firmly, and provides a new idea and solid foundation to predict the tunneling-induced surface settlement reasonably.
合理预测隧道开挖引起的地表沉降,对于保障地铁的安全建设和既有建构筑物的正常使用具有重要意义。然而,现有方法计算出的地表沉降槽,普遍比实际情况“宽而浅”。为了解决上述问题,本项目从剪胀性这一土的基本性质出发,综合运用模型试验、理论分析、数值模拟等方法,揭示剪胀性对地表沉降槽形态的影响机理,提出考虑剪胀性的地表沉降数值计算方法。主要内容包括:(1)开展大尺寸盾构隧道开挖模型试验,监测不同剪胀程度地层的地表沉降,并借助离散元模拟,分析地层损失的传递与剪缩剪胀区的分布之间的内在联系,解释剪胀性如何影响地表沉降槽的形态;(2)建立新的相转换应力比公式和剪胀方程,发展能够描述隧道开挖应力路径下土的剪胀规律的实用弹塑性本构模型,然后引入合适的应力积分算法,开发本构模型的用户材料子程序,对地表沉降进行数值计算。本项目紧紧抓住土的基本性质,为实现地表沉降的合理预测提供新思路,打下坚实基础。

结项摘要

合理预测隧道开挖引起的地表沉降,对于保障地上建筑的安全有着重要意义。然而,现有方法得到的地表沉降槽,普遍比实际情况“宽而浅”。为了解决这一问题,本项目从土的剪胀性出发,开展了模型试验、理论分析、数值模拟等方面的研究。.首先,在相对密度分别为35%、55%和80%的砂土地层中,开展了三组盾构隧道开挖模型试验,测量了地表沉降、地中沉降和隧道周边土压力。得到的规律如下:随着相对密度的增大,地表沉降槽的形状由正态分布曲线形变为三角形,宽度和深度均减小,且沉降的出现表现出越来越明显的滞后性;在地层损失从开挖截面向上传递至地表的过程中,松砂地层的地中沉降槽围成的面积逐渐增大,表明土体发生剪缩,而密砂发生剪胀,使得地中沉降槽围成的面积逐渐减小;拱顶处的大主应力从竖直方向突变到水平方向,平均正应力减小,而广义剪应力先增大、后减小、再增大,直至土体塌陷,上拱肩处由于土拱效应发生应力主轴旋转,拱腰和拱底处的应力路径分别接近于等p剪切路径和常规三轴压缩路径。.然后,利用离散元软件,模拟了典型隧道开挖应力路径下颗粒材料的变形,发现相转换应力比的大小与应力路径、土的密度状态有关,据此改进了统一硬化(UH)模型的相转换应力比公式,能够合理地描述隧道开挖应力路径下土的剪胀性。基于最近点投影法,开发了新模型的隐式应力积分算法,对统一硬化参量进行了改进,并在应力变换前对拉应力予以修正,从而消除了数值计算中的奇异问题,提高了算法的收敛性和运算效率。编写了用户材料子程序,嵌入到商用有限元软件中,发现随着土体剪胀程度的提高,地表沉降槽逐渐变窄,从而证实了考虑土的剪胀性能够在一定程度上改善地表沉降的预测效果。.本项目的研究成果为实现隧道开挖地表沉降的合理预测奠定了坚实基础,具有重要的理论和实际意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Stress path of the surrounding soil during tunnel excavation: An experimental study
隧道开挖过程中周围土体应力路径的试验研究
  • DOI:
    10.1016/j.trgeo.2022.100917
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Transportation Geotechnics
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Yu TIAN;Abdul Motalleb QAYTMAS;Dechun LU;Xiuli DU
  • 通讯作者:
    Xiuli DU
等应力比加载下颗粒材料的宏细观定量关系探讨
  • DOI:
    10.11936/bjutxb2021010021
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    北京工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    路德春;张世浩;田雨;杜修力
  • 通讯作者:
    杜修力
盾构隧道开挖过程中土的应力路径试验研究
  • DOI:
    10.13807/j.cnki.mtt.2020.s1.103
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    现代隧道技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阿卜杜拉;杜修力;田雨;路德春
  • 通讯作者:
    路德春
Formula of passive earth pressure and prediction of tunneling-induced settlement in anisotropic ground based on a simple method
基于简单方法的各向异性地基被动土压力计算公式及隧道沉降预测
  • DOI:
    10.1061/(asce)gm.1943-5622.0002573
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Journal of Geomechanics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yu TIAN;Dechun LU;Yangping YAO;Xiuli DU;Yunhao GAO
  • 通讯作者:
    Yunhao GAO
围岩相对密实度对隧道掘进时地层沉降的影响
  • DOI:
    10.13204/j.gyjzg20072217
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    工业建筑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阿卜杜拉-穆塔里伯·凯特玛斯;田雨;路德春;杜修力
  • 通讯作者:
    杜修力

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其他文献

城市综合客运枢纽地面交通人-车干扰评价研究
  • DOI:
    10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.06.16
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    铁道运输与经济
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田雨;黄玲
  • 通讯作者:
    黄玲
姜黄素在预防高脂饮食小鼠胆囊胆固醇性结石中的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李勇男;吴硕东;田雨
  • 通讯作者:
    田雨
大连市水务智慧化依赖度研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国科技论文
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田雨;蒋云钟
  • 通讯作者:
    蒋云钟
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    波谱学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田雨;周臣;张亚男;王鹏;张彩云;宋天玮;钱俊超
  • 通讯作者:
    钱俊超
硝普钠对高胆固醇血症兔Oddi括约肌运动的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华实验外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢斌;田雨;吴硕东;国星奇
  • 通讯作者:
    国星奇

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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