摘要：为研究砂土地层中泥水盾构掌子面主动破坏模式及极限支护力规律,设计一套基于粒子图像测速(PIV)等非接触测量方法的泥水盾构圆形掌子面稳定性控制模型试验系统。试验系统通过降低柔性压力室的水压来模拟泥水盾构掌子面的泥水压力失衡条件,利用PIV等非接触测量手段获取掌子面的位移、剪应变等变形过程,并通过监测水压获取泥水支护力的变化过程,实现对泥水盾构掌子面破坏过程的模拟。对3种埋深比(C/D=0.5,1.0,2.0)下的掌子面破坏模式及极限支护力规律进行一系列的模型试验研究,试验结果表明:泥水支护力降低过程中,掌子面的变形可以分为4个阶段,其中第3阶段末掌子面处于极限平衡状态,对应的泥水支护压力为极限泥水支护力;随着泥水支护力的降低,掌子面变形逐渐向地表扩展,当埋深比较小(C/D=0.5)时,临界破坏时的失稳区已经扩展到地表,而埋深比较大(C/D=1.0和2.0)时,临界破坏时的失稳区尚处于地基内部;Soubra和Mollon理论模型中的破坏模式及极限支护力更接近于模型试验得到的结果。

关键词：土力学 泥水盾构 模型试验 掌子面主动破坏模式 极限支护力 

单位：华北水利水电大学岩土工程与水工结构研究院; 河南郑州450045; 中铁隧道集团有限公司盾构及掘进技术国家重点实验室; 河南郑州450001; 福建省地质工程勘察院福建省地质灾害重点实验室; 福建福州350002