外文翻译-简化的3D隧道建设模型为隧道建筑使用隧道机器
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外文翻译-简化的3D隧道建设模型为隧道建筑使用隧道机器,建筑3D模型,3d隧道模型,隧道3d模型,隧道简易模型
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简化的3D隧道建设模型为隧道建筑使用隧道机器H. Mroueh *, I. ShahrourLaboratoire de Mecanique de Lille (UMR 8107), Universite des 科学和技术de Lille, F-59655 Villeneuve dAscq, 法国接受2006 年9月5 日; 接受以修改过的形式2006 年11月21 日; 接受2006 年11月28 日摘要这文章包括一一简化的三维数字模型给在隧道期间引起使用隧道令人厌烦机器(TBM)的建设的土壤运动的预言的赠送。模型基于对3 D隧道建设的会集禁闭概念的概括。 它使用为unlined 区域和部分重音释放的长度站，分别的两个参数(Ldec和adec)。Ldec可以被花费的参数的价值等于隧道直径， 当adec的价值可以通过把模型固定到经验公式上被确定时， 然后基于在隧道建设期间记录的解决调整。模型的能力被在柔软的土壤里经由申请到一条浅的隧道说明。 数值结果与不同的作者建议的那些的比较显示好同意2006 Elsevier有限公司版权所有。关键字： 挖令人厌烦的机器； TBM 设计； 有限元法； 三维； 非线性； 盾挖隧道； 会集禁闭1.介绍 在柔软的土地里的隧道的建设一般引起土壤运动， 能严重地影响现有的结构(堆基金，大楼.)的稳定和完整 . 为了降低这样的运动，尤其在市区，订约人越来越多地使用隧道令人厌烦的机器(TBM) 对于隧道的建设来说。 的确， 由于表面压力的应用和对暂时的支持， 把安全提高成现有的结构，TBM允许由于挖隧道降低土壤骚动，提供(Herrenknecht，1998； Kurihara，1998； Kuwahara，1999)。使用TBM的隧道建设的影响的分析关于土壤乐章需要大的3 D非线性土壤构造相互作用问题的解决办法。 Nonlinearity起因于这非线性行为的geomaterials，那些状态在这土壤构造接口时候(土壤-灌浆排队，土壤 - 盾，) 以及在挖掘期间的几何学的演化。 3 D方面得益于在前面引起挖掘正面的显著压力骚动和土壤运动。 3 D有弹性分析以帕内特引导和Guenot(1982)显示地会集在哪个是大约总解决27%胜任的隧道脸。更高的价值，高达50%，被在领域测量数据和在柔软的地(Moraes，1999)的计算的分析方面观察。 使用TBM的隧道建设的有限元模型也需要包括TBM的发展的复杂的隧道过程的考虑，表面压力的应用， 土壤挖掘， 在前面旋转后面的立即支持的安装，(用线标出戒指)的决定性的支持和尾巴空隙灌浆的安装。 在3次D 计算的一次这些问题的实际的考虑形成一项高的挑战(迪亚斯et al.，2000； 程et al.，2002； 加利et al.，2004)，为数字模型和计算和大的不确定因为大的努力关于在盾和土壤之间的相互作用， 灌浆的行为和尾巴的分配无效。 从而，这方法在隧道设计的使用仍然限制，天气要求重要. 模型化努力和计算的时间。 为了克服这个困难， 一种简化的方法在这文章给模特内提议挖隧道过程使用一基于这种会集禁闭方法(帕内特和Guenot的threedimensional模特的TBM， 用两个释放参数1982)： adec和Ldec，哪个支持部分重音释放和unlined 区域，分别(图1)的长度。 实现并且应用使用基于有限元或者有限差分法的现有的程序，这种方法可能容易。文章连续提出，被提议的方法，释放因素adec 和Ldec的对一条模型隧道和这种方法的敏感性的它的申请。 图1。 方法使用TBM用于隧道建设。2.数字模型的赠送使用TBM的隧道建设的数字模型形成一项坚固的任务，因为它需要象土壤挖掘那样的复杂的样子的考虑，在顶起管和挖掘之间的overcut或者环形的空间， 脸压力的应用，决定性支持的安装排队戒指和环形的空间的灌浆形成。 它也在土壤构造接口需要土壤和衬料和状态的非线性行为的描述。隧道建设的塑造也三维，TBM在前面引起一次重要的压力骚动和土壤乐章发掘物前线。 在地和衬料extrados之间的环形的空间的塑造仍然是成问题的， 因为收集关于分配和这空间的灌浆的有效的数据的困难。到目前为止，考虑在隧道的实际的设计里的abovementioned 问题好像非常难。 为了克服这个困难，一种简化的方法在这文章给模特内提议使用一基于这种会集禁闭方法(帕内特和Guenot的threedimensional模特的TBM 过程， 1982 ) . 这种方法使用一个循序渐近的程序。 每个台阶符合一段Llin 距离(图1)对隧道表面的前进。在程序的每个台阶， 重音在隧道周围释放头被使用参数adec 和Ldec 塑造， 支持哪个，比率的那些重音释放和长度的这unlined 区域，分别。 计算程序在台阶(incr)包括：(a)起因于土壤挖掘(DF)的增加的力量的决心。这种力量由于外部力量在节的力量矢量(F(incr)之间等于差别(自我重量， 表面装，前面压力， . . .)以及在以前的台阶 incr-1 的节的内力； DF的计算被进行使用下列表示：V(incr)在台阶(incr)代表土壤群众的体积； 在那些劳累包含的篡改基体这空间对这篡改功能的派生词(e = Be； u ; u 节的替代)；r(incr1)在以前的台阶(incr 1)指示重音tensor。 为了考虑到部分deconfinement隧道建设过程起因于(overcut，环形的注射无效，决定性的隧道支持的安装， . . .),一个参数adec用于关于隧道的没有支撑的部分考虑部分释放； 这部分的长度被假设为能应付Ldec。 在这个(DF)部分里的增加的节的力量矢量被使用下列表示改变：(b)在这个部分里的位于新部分和压力的充分的释放的衬料要素的活动。(c)表面压力便士(图1)的应用； 压力有深度被假设为常量； 它符合 压缩气压 TBM。 注意这压力能把深度随成模型 淤浆护盖机器或者地球压力平衡(EPB)机器而变化。土壤运动被通过部分释放因素adec 和参数Ldec 控制， 使用户能够考虑空泡空间和在隧道周围灌浆的影响。 一次调整可以进行这些参数的决心程序(在隧道建设期间使用经验的模型和测量数据)。以后的章节提出对一条模型隧道的被提议的方法的应用， 这将对部分释放参数adec 和Ldec的变化随后有模型的敏感性分析。 这个分析允许为这些因素的决心方法学的精心计划。3. 隧道的申请模型被提议的方法已经在有限之物中被实现提供有柔性的特征的元素密码 PECPLAS对三度空间而非线的土壤的分析-构成交互作用问题 (Shahrour,1992; Mroueh而且 Shahrour,1999).这一个计画使用稀疏的储藏为坚硬点阵式计画, 和双 CGSTAB 反复相方法 (货车 der Vorst,1992) 对 SSOR 加倍事先具备条件操作员 (连续的对称结束-放松) 为产生线的系统的解决3.1. 几何和数字参量图2 显示隧道模型几何。隧道是为它的外面直径描绘D = 7.5 m, 深度 H = 2.5 D 和排行的厚度e = 0.5 m 。距离隧道中心对底下界限(刚性下层) 被假设是相等的与2.5D 。土壤行为被承担由弹性治理完善塑料结构性联系根据 Mohr 库仑标准以一个non-associative 流程规则。出产量作用和塑料潜力被给C 、u 和w 选定土壤聚的地方, 摩擦角度并且膨胀性角度, 各自地; p 、J2 和h 代表卑鄙重音, 其次不变式deviatoric 重音张量并且矿藏角度, 各自地他们的表示被给图2. 数字例子被使用为模型的例证表现。表1 geomaterials 物产被使用在隧道塑造 表1 总结土壤的特征和衬里同类的silty 沙子被考虑与随后而来的特征: 摩擦角度u = 27, 内聚C = 5 kPa,膨胀性角度w = 5, 年轻模数E = 30 MPa,并且泊松的比率v = 0.3. 衬里被承担由线性有弹性行为治理与一个年轻模数E = 35,000 Mpa，并且泊松的比率m = 0.25.最初的重音在土壤媒介是坚定使用侧向地球压力系数休息K0 = 0.5 并且土壤的一个有效的大块单位重量c0 = 10 kN/m3 。3.2. 有限元素滤网有限元素分析被执行了使用滤网提出在图3 。这个滤网包括2214 个20 结 hexahedral 元素, 提升10,494 个结和 28,471 个自由程度。侧向界限模型被找出一个距离4D 从隧道轴命令使他们的互作用减到最小以挖洞建筑。滤网的纵向长度被固定 8D, 和隧道挖掘执行为一个最后的位置 4D 。这个滤网被使用说明应用提出的方法。在隧道设计, 一个改进的滤网必须使用为了涌出捕获土壤变形并且可塑性的发展在隧道附近。土壤大量的侧向界限的引伸应该并且被考虑。3.3. 演算过程计算被执行了在12 步使用以下参量为挖掘塑造: 比率重音发行adec = 0.5, 没有衬里的区域的长度被挖掘的部分的Ldec = 1D, 和长度在各步 Llin = D/3 。面孔压力被承担是一致的和均等对p . r0h , r0h 的地方立场为最初的轴向重音在隧道轴。3.4. 结果 3.4.1. 解决沿纵向外形图4.a 显示表面土壤解决的演变沿纵向轴(A-AP0) 在隧道建筑期间。它可能被观察最大的表面解决增量以隧道进步, 和趋向稳定在wsurf 的价值最大. 0:07%D (D 表示隧道外面直径表面解决的安定被观察在3D 以后的挖掘长度) 。图3. 3D 有限元素滤网被使用在数据分析(2214 个20 结元素; 10,494 个结; 28,471 ddl) 。它可能是着名(表面解决的wa) 在隧道面孔是常数在隧道进步期间。它是相等的 0.03%D, 对应到46% 最大的价值解决在模仿wsurf 的末端最大。数额解决导致在衬里设施之前 (wa + wb) 是大约77% wsurf 最大(0.05%D), 哪些意味那31% 总解决导致在没有衬里隧道的区域。这个结果显示那23% 共计解决(wc) 归结于禁闭的完全发行(1 _ adec).表2 总结解决的比例, 与一些出版结果的比较。它可能是着名这些价值是在与观察的利益协定或计算价值报告了由各种各样的作者。数额解决在隧道面孔的前线wa 出现更加高级比被报告的价值, 但渐增解决 wa + wb 是在利益协定。注意这些价值高度依靠因素adec 和Ldec 。3.4.2. 冠位移图4b 显示垂直的位移的变异沿纵向轴在(B_B0)隧道建筑期间, 在隧道冠地点wcr 。它可能是观察冠位移的大部分结果从TBM 进步的确, 40% (各自地 90%) 总位移在隧道冠被观察在TBM 段落(各自地在衬里活化作用) 。在衬里设施以后, 位移显示迅速安定在价值wcr 附近最大. 0.16%D 。表2 土壤解决沿纵向轴(A _ A0)被观察在盾被驾驶的挖掘的情况下, 以衬里设施。传播位移从隧道对表面可能被分析通过 变柔和的 系数或扩散Rdif 因素, 根据(AFTES 1999):垂直的位移在土壤表面和隧道加冠授予Rdif = 0.4, 意味那40% 垂直位移在冠隧道被传达给表面。这价值与经验主义的方法一致和在原处观察。Ward 和Pender (1981) 报告了价值为扩散系数变化从0.2 (为沙子) 到0.74 (为在巩固的黏土), 当Sagaseta (1987) 被报告的价值在0.2 之间(为摩擦材料) 并且 0.67 (为低摩擦黏土) 。3.4.3. 解决在一个横向方向图5 显示解决的演变在横向部分沿轴(C_ C0)。它可能被观察那适度解决出现(0.01%D) (C_ C0)， 当隧道面孔是关于1D 在横剖面之后然后解决增加当隧道面孔横渡横放部分和倾向于稳定当距离在隧道面孔和部分之间(C_ C0)超出 +2D 。数字结果被说明在图5 被使用了为啄惯例(啄参量的决心, 1969): 问题的地点的解决的变化弯曲 i, 解决外形 的长度Ls 并且容量损失在地面表面 对结果被总结在表里3.a 。它注意到, 距离 i 和长度 Ls 的减退以进步隧道面孔, 和倾向于稳定对价值 i = 1.17D 当相对距离在横剖面之间并且隧道面孔超出+1D 。容量损失在表面估计对对= 0.26%Vexc, Vexc 表示为被挖掘的土壤的容量。啄惯例参量可能估计从 semi-empirical 方法。表3b 显示比较数字结果以经验主义的表示提议表3.a 啄的惯例参量的决心为解决在横剖面(图5表3b 数字结果比较以建议的价值为参量啄的惯例Attewell (1977): i 变化从0.8D (沙子) 对1.25D (黏土), 当比率Vs/Vexc 在在范围1% 和 5%; OReilly 和New (1982): i 变化从0.68D (沙子) 对1.22D (黏土壤), 当比率Vs/Vexc 说谎范围0.5% 和3%; Oteo 和Sagaseta (1982): i 变化在0.77D 之间和 1.43D 。它可能被观察, 模型提出了在本文里导致一些结果在与的利益协定被建议价值为变化的位置指向 i, 但低估容量损失在地面表面 对。这前个结果是依赖对数字模型和可以被优选以改进的滤网。3.4.4. 可塑性引伸图6.a-b 显示可塑性引伸在二横向部分: 隧道面孔(图6.a) 并且横放部分y = _1D位于一个距离在隧道面孔之后 (图6b) 。它可能被观察可塑性在隧道面孔主要被集中在隧道附近与引伸在水平的方向; 当在之后挖洞面孔, 可塑性引伸主要被观察沿方向关于水平轴+/_ 30_。它应该被强调可塑性的引伸取决于土壤特征, 挖洞过程并且隧道的深度。4. 隧道的影响塑造参量Ldec 和adec提出的模型包括部分发放因素控制土壤运动由于的Ldec 和adec 隧道的建筑。这些的决心参量可能由比较执行塑造对经验主义的价值流动了由调整测量登记了在隧道的第一阶段期间建筑。这调整要求灵敏度分析为了调查因素Ldec 的影响和 adec 在土壤解决外形。 图7. 参量Ldec (没有衬里的区域的长度的影响) 对土壤解决。图8. 因素adec (部份重音发行的) 影响对土壤解决参量Ldec 对应于长度的隧道的没有衬里的区域。它可能接近对隧道镗床的长度(TBM), (A _ A0)是近似均等对1D 。Ldec 的影响对土壤运动沿纵向外形是提出在图7 。它也许注意到, Ldec 增量大约66% 导致在最大值的适度增量解决(大约15%), 没有对的重大影响比率在解决之间后边和前面隧道面孔。这个参量可能然后被固定对Ldec = 1D。因素adec 代表重音发行的比率在衬里设施之前。图8 说明影响这个因素的变异在土壤解决。它显示 adec 的减少从0.5 到0.3 导致减少大约70% 最大解决, 但是 adec 增量从0.5 到0.7 导致增量大约 160% 解决图9a 和b 说明引伸可塑性在横截部分位于距离y = _1D从隧道面孔。它清楚地显示那因素 adec 高度影响可塑性引伸在土壤大量。这个因素强烈与建筑做法有关, 隧道深度和土壤物产。它应该评估和调整使用在原处测量。 5. 结论一被简化的非线性三维数字模型提议为土壤运动的决心由TBM 导致。方法使用因素Ldec 并且adec, 代表没有衬里的区域的长度并且部份重音发行, 各自地。价值参量Ldec 可能被采取相等与隧道直径, 当adec 的价值可能由适合确定塑造对经验主义的惯例然后由调整在解决登记在隧道建筑期间。模型的容量被说明通过在一个浅隧道的应用在软的土壤。工作是在进展之下为提供图的建筑因素adec 的价值为不同的隧道配置 (深度, 直径, 排行僵硬, 等。) 并且土壤物产。图9. 因素adec 的影响对可塑性传播: (a) adec = 0.3 和(b) adec = 0.7 。参考AFTES 1999 年。解决被挖洞导致。推荐工作团体16, 主席LEBLAIS, Y., 以合作 Andre, D.C., 帽子, P. 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