《盾构机土仓压力控制技术》旨在使读者了解盾构机掘进过程中土仓压力控制的工程背景和研究对象，理解和熟悉盾构机土仓压力自动控制的基本原理和算法，掌握基于软计算的盾构机土仓压力自动控制的基本构架和方法，为相关课题的深入研究和工程应用打下基础。《盾构机土仓压力控制技术》可供岩土工程、地下工程、土木工程、机械工程、采矿工程和工程力学等专业的高年级本科生、研究生和教师阅读，更适合于从事地铁隧道施工的工程技术人员阅读。

第1章 引言

1.1 概述

1.2 盾构机的发展历史及应用现状

1.3 盾构机土仓渣土本构模型及其参数估计研究进展

1.4 盾构机土仓土压力控制问题的研究进展

1.5 小结

参考文献

第2章 盾构机土仓渣土非线性本构模型参数反演

2.1 渣土非线性本构关系参数反演的背景

2.2 土体的非线性本构关系概述

2.2.1 经典的线弹性本构模型

2.2.2 Mohr-Coulomb（M-C）模型

2.2.3 Drucker-Prager（D-P）模型

2.2.4 Cam-Clay（Cam）模型

2.2.5 Duncan-Chang（D-C）模型

2.2.6 Lade-Duncan（L-D）模型

2.2.7 土的清华弹塑性本构模型

2.3 盾构机土仓渣土的三轴压缩试验

2.4 土仓渣土的Duncan-Chang非线性本构模型

2.5 基于遗传算法的改性渣土非线性本构模型参数反演

2.5.1 渣土非线性本构模型参数反演目标函数的定义

2.5.2 基于遗传算法的渣土非线性本构模型参数反演方法

2.5.3 参数反演结果

2.6 小结

参考文献

第3章 盾构机土仓压力分布的有限元数值模拟

3.1 盾构机土仓压力分布模拟的工程背景

3.2 掘进工作面土压力计算方法研究

3.2.1 基于弹性力学理论的土压力计算方法

3.2.2 基于土力学理论的土压力计算方法

3.2.3 土水压力迭加计算方法

3.2.4 数值算例

3.3 盾构机土仓土压力分布有限元模拟

3.3.1 掘进工作面主动与被动土压力分布

3.3.2 土仓内土压力分布的有限元数值模拟

3.4 盾构机合理推力研究

3.5 盾构机土仓土压力与掘进工作面土压力关系研究

3.6 小结

参考文献

第4章 盾构机土仓压力控制数学模型及其优化控制策略研究

4.1 盾构机土仓压力控制问题的工程背景

4.2 盾构机土仓压力控制数学模型

4.2.1 基于渣土体积平衡的土仓压力控制数学模型

4.2.2 考虑土体与盾构机作用的土仓压力控制数学模型

4.3 盾构机土仓压力优化控制方法研究

4.3.1 单独控制螺旋输送机转速策略

4.3.2 同时控制螺旋输送机转速和盾构机推力策略

4.4 基于神经网络的盾构机土仓土压力控制模型参数辨识

4.4.1 确定性土仓压力控制模型参数辨识

4.4.2 非确定性土仓压力控制模型参数辨识

4.4.3 非确定性、非线性土仓压力控制模型参数辨识

4.5 基于神经网络的盾构机土仓土压力控制研究

4.5.1 PID神经网络及其控制模型

4.5.2 基于神经网络的盾构机土仓压力控制方法

4.5.3 土仓压力控制数值仿真算例

4.6 小结

参考文献

第5章 盾构机土仓压力控制有效性的实验验证

5.1 实验目的和内容

5.2 改性砂土的物理力学特性实验

5.3 实验台的主要特征尺寸

5.4 盾构机土仓压力控制模型参数辨识实验研究

5.5 盾构机土仓压力优化控制策略实验研究

5.6 土仓压力和螺旋输送机转速周期性波动问题

5.7 盾构机土仓压力双控策略及其实验验证

5.8 小结

参考文献2100433B

出版时间： 2011-11-01

版　次： 1

页　数： 160

装　帧： 平装

开　本： 16开

所属分类： 图书>科技>一般工业技术

“运河号”盾构机是国产最大直径盾构机。

2021年1月20日下午，“运河号”盾构机刀盘成功下井，标志着东六环改造工程两台直径16.07米超大直径盾构机平行组装下井工作顺利完成，将一先一后从隧道北端出发，下穿运潮减河、地铁6号线、北运河、城市副中心火车站等重要建筑及河流后，到达盾构隧道的最南端。

土压力计算理论

库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。

基本假设 ：

① 墙后的填土是理想的散粒体(粘聚力c=0)；

② 墙背倾斜、粗糙、墙后填土面倾斜；

③ 滑动破坏面为一平面（墙背AB和土体内滑动面BC）；

④ 刚体滑动。不考虑滑动楔体内部的应力和变形条件；

⑤ 楔体ABC整体处于极限平衡状态。在AB和BC滑动面上，抗剪强度均巳充分发挥。即剪应力τ均已达抗剪强度τ_f。

土压力主动计算

图3一刚性挡土墙，墙高为H，墙背AB的倾斜角为α，填土顶面坡度为β，填料为砂土，其单位重为γ，内摩擦角为ψ，墙背摩擦角为δ。若墙背AB在土压力作用下向左移动，使土体的侧压力减小而发生破坏，破坏时产生一个处于极限平衡状态的滑动土楔体ABC，此时墙背所受的土压力称为主动土压力E_a（图a）。反之，如果墙背AB在外力作用下向右移动，并使土体的侧压力增大而发生破坏，也产生一个处于极限平衡状态的滑动土楔体ABC，而墙背所受的土压力称为被动土压力E_p（图b）。如图上所示，被动土压力大于主动土压力。土体破裂面BC一般呈曲线状。为了简化计算，C.-A.de库仑假设破裂面为直线，并据此导出下列计算土压力公式：

式中γ为土的容量；Ka和Kp分别为主动土压力系数和被动土压力系数：

如果墙壁垂直且光滑，填土表面为水平，即α=90°，β=δ=0，式（3）、（4）变为：

这种情况称为兰金状态。上述库仑和兰金理论均假定土压力的分布规律为三角形，其合力作用点在墙背高度的1/3处。

苏联B. B. 索科洛夫斯基用极限平衡理论求出具有任何填土表面的倾斜挡土墙土压力的精确解答，他求得的滑动破裂线都是对数螺旋曲线。对于墙后有水平填土表面的垂直刚性挡土墙，用库仑和兰金理论所得的结果与索科洛夫斯基的精确解答大致有如下关系：

E_R=1.24E_k，

E_C=0.98E_k，

式中E_R为按兰金理论计算的结果；E_C为按库仑理论计算的结果；E_K为按精确方法计算的结果。由此可知，确定挡土墙主动土压力时，用库仑理论能得出足够精确的结果。但据一些学者的实验研究，用库仑理论确定被动土压力，误差较大，而且这个误差还随着土的内摩擦角的增大而增大。