地下开挖面饱和砂土的颗粒流动与开采损失机理

地下开挖面处的砂土地层的流动与开挖损失预测是环境保护与风险控制的关键。而饱和砂土地层开挖面的不稳定特性和破坏脆性决定其在地下工程中产生的地层损失相当难于评价。在叠加往复振动条件下，位移中的砂土颗粒受到振动激励而加速运动，加剧开挖面的水土流失。而砂土拱效应又会导致这种地层损失的"滞后假象"而误导工程师的判断，延误处理时机而致重大灾害。因此，研究这一课题具有重要的理论与实践价值。采用宏细观力学相结合，通过地下开挖模拟实验，研究砂土在振动及多相压力介质支护条件下开挖面的颗粒流动与地层移动规律，分析地层损失机理；采用基于动态松弛渐进性破坏有限元与颗粒流数值模型实验，分析振动对饱和砂土"拱效应"及"削峰效应"的影响以及地层位移扩展的时效特性；最终建立往复振动下基于砂土细观颗粒流的地层移动预测新理论与新方法，为地下开挖工程的超前预报与风险控制提供科学指导。

饱和砂土中地下开挖面处的地层损失预测是环境保护与风险控制的关键。而饱和砂土地层开挖面的不稳定特性和破坏脆性决定其在地下工程中产生的地层损失相当难于评价。本研究通过动三轴试验，分析了典型动荷载作用下砂土的动力特性变化规律；通过理论分析，建立了不同支护模式下盾构隧道开挖面稳定性和基于颗粒流椭球体理论的砂土中隧道松动区与松动土压力计算方法；使用离散元数值方法研究了砂性地层颗粒接触及流动特性对土压平衡盾构开挖面稳定性和地层损失的影响规律及机理；通过地下开挖模拟实验，研究对比砂土在振动与非振动、液相传递压力介质支护条件下开挖面的颗粒流动与地层移动规律，分析地层损失机理；初步建立往复振动下基于砂土细观颗粒流的地层移动预测理论与方法，为地下开挖工程的超前预报与风险控制提供科学指导。