基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩变形演化机理及处治技术的能耗分析方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878074
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0808.地下与隧道工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The deformation of liner structure for existing shield tunnels induced by adjacent pit excavation, would cause negative effects on the normal use of the tunnels and the operation safety of subway. The deformation of surrounding rock which induced by pit excavation would transmit around the rock mass of the adjacent existing tunnels. Moreover, the imperfect contact between the liner and the rock mass results from this transmission is the main reason of the liner deformation. The study of the deformation occurrence mechanism for surrounding rock around the pit and the influence of the deformation on the adjacent tunnel structure are issues with high engineering significance. Combining the advantages of energy analysis theory and variational method, the energy consuming model of the surrounding rock deformation of a shield tunnel induced by adjacent pit excavation is constructed in this issue. Based on the system minimum energy consumption principle, the failure mode and internal dissipation of energy distribution characteristic for the surrounding rock of the shield tunnel are obtained. Furthermore, the occurrence mechanism and transfer law of the surrounding rock deformation are illustrated. By studying the interaction between the surrounding rock and tunnel structure, segment crack mechanism and the integral deformation law of tunnel are revealed. Besides, corresponding treating measures are proposed. Finally, the centrifugal model experiment and numerical simulation are used to verify the theoretical calculating results. The research results can provide theoretical basis for stability evaluation of rock mass during the pit excavation and the prevention of deformation for adjacent tunnel.
基坑开挖有可能导致邻近既有盾构隧道衬砌结构发生变形进而对隧道的正常使用和地铁的运营安全造成不利影响。基坑开挖诱发的围岩变形在邻近隧道周边进行传递,导致衬砌与围岩发生不良接触,是造成衬砌结构变形的主要原因。因此,研究基坑周边围岩变形的发生和传递机理及其对邻近隧道结构的影响具有重要意义。本课题通过融合能量法和变分理论的优点,建立起基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩变形破坏的能量计算模型,基于系统耗能最小原理,获得隧道结构周边围岩破坏模式和内部耗散能分布特征,进而阐明基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩变形的发生机理和传递规律。在此基础上,通过分析围岩与隧道结构的交互作用,揭示了管片的开裂机理和隧道的整体变形规律,并提出了相应的处治措施,最后采用离心模型试验和数值模拟技术对理论计算结果进行验证。研究成果可以为基坑开挖过程中周边围岩的稳定性评估和邻近既有隧道变形破坏防治提供理论依据。

结项摘要

本课题采用极限分析上限定理和变分理论,结合模型试验和数值模拟技术对基坑开挖诱发邻近既有盾构隧道管片周边围岩松动变形特征以及由此导致的盾构隧道管片损伤演变规律开展研究,完成了预期研究目标,取得了预期的研究成果。主要研究成果如下:.(1) 建立了基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩变形破坏的能量法分析模型,推导了基坑开挖诱发邻近既有盾构隧道管片周边围岩松动变形曲线的解析方程,揭示了基坑开挖诱发邻近盾构隧道周边围岩变形的发生机理和极限状态下围岩的破坏模式。.(2) 构建了基坑开挖诱发下卧既有盾构隧道变形的有限元模型,获得了基坑开挖诱发下卧既有盾构隧道上浮变形特征和管片损伤演变规律,提出了防止基坑开挖诱发下卧隧道上浮和管片变形的有效方法。.(3) 构建了基坑支护结构地连墙成槽施工过程中槽壁的离散型三维破坏机制,提出了地连墙槽壁稳定性的非线性能耗分析方法,对复杂因素耦合作用下地连墙槽壁的稳定性进行了定量评估。.(4) 建立了新建地铁下穿既有建筑物桩基过程中诱发桩端持力层冲切破坏的非线性能耗分析模型,推导了桩端持力层冲切破坏面和对应的持力层极限承载力解析表达式,获得了桩端持力层的冲切破坏范围和桩端承载力极限值。.(5) 推导了在既有线路两侧深大基坑零距离开挖诱发既有隧道竖向变形的解析解,提出了新建基坑支护结构的优化设计方案并将研究成果应用于深圳市轨道交通13号线二期工程公明广场站下穿既有的6号线工程。.(6) 研发了基于粒子图像测速技术(PIV)技术的缩尺模型试验系统,通过对浅埋暗挖施工诱发的地层变形进行模型试验,获得了暗挖施工扰动诱发地层变形的演变规律。.(7) 课题执行期内获得中国公路学会科学技术奖一等奖1项,发表和录用论文15篇,其中SCI收录论文7篇,EI收录论文4篇,ESI热点论文1篇,授权实用新型专利3项,申请发明专利1项。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Upper Bound Solution of the Safety Factor for a Shield Tunnel Face Subjected to the Hoek-Brown Failure Criterion
Hoek-Brown破坏准则下盾构隧道掌子面安全系数的上界解
  • DOI:
    10.1007/s40999-019-00416-3
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Civil Engineering
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Huang Fu;Feng Yuan;Zhang Zhiqi;Yang Xiaoli;Ling Tonghua
  • 通讯作者:
    Ling Tonghua
Failure Mechanism of the Bearing Stratum at the End of a Pile Induced by Shield Tunnel Excavation Beneath a Piled Building
桩建建筑盾构隧道开挖引起桩端持力层破坏机理
  • DOI:
    10.1007/s12205-021-0557-0
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    KSCE Journal of Civil Engineering
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Huang Fu;Wang Ziqin;Zhang Min;Li Siyuan
  • 通讯作者:
    Li Siyuan
基于Hoek-Brown准则岩溶区地下硐室开挖跨度研究
  • DOI:
    10.16544/j.cnki.cn43-1494/u.2022.01.007
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    交通科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋震;黄阜;于进泉;葛飞
  • 通讯作者:
    葛飞
基于Hoek-Brown破坏准则的盾构隧道开挖面支护力上限研究
  • DOI:
    10.19713/j.cnki.43-1423/u.2018.11.021
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄阜;王芬;张芝齐;凌同华
  • 通讯作者:
    凌同华
基于小波提升格式理论的隧道衬砌缺陷定量识别分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国公路学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    凌同华;张亮;刘浩然;黄阜;谷淡平;余彬
  • 通讯作者:
    余彬

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其他文献

基于Hoek-Brown破坏准则的浅埋条形锚板抗拔力上限分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄阜;杨小礼;赵炼恒;黄戡
  • 通讯作者:
    黄戡
考虑参数不确定性的台阶式边坡滑面强度参数反演分析
  • DOI:
    10.19713/j.cnki.43-1423/u.2019.05.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谷淡平;凌同华;黄阜
  • 通讯作者:
    黄阜
基于非线性破坏准则和强度折减法的浅埋隧道安全系数上限解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄阜;杨小礼;赵炼恒;凌同华
  • 通讯作者:
    凌同华
The Influences of Non-associated Flow Rule on Shallow Tunnel Stability Based on Upper Bound Limit Analysis
基于上限分析的非关联流规则对浅埋隧道稳定性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Journal of Highway and Transportation Research and Development
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵炼恒;孙秋红;黄阜;邹金锋
  • 通讯作者:
    邹金锋
循环爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩的累积损伤特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹峰;凌同华;李洁;黄阜
  • 通讯作者:
    黄阜

其他文献

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黄阜的其他基金

隧道衬砌与围岩之间不良接触发生演变机理及其定量评估的非线性能耗分析方法研究
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    2022
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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

        graph TD
          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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