浅埋隧道围岩应力场的计算复变函数求解法

对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道的围岩应力场,由于在数学处理上存在一定的困难,很难用解析解来进行分析,而通常采用边界元或有限元的数值方法来解答。为了求解浅埋隧道的应力场,采用边界配点来确定边界条件,同时用保角映射将一个含圆孔的半无限空间区域映射为圆环域,然后把这个区域内的解析函数展开成Laurent级数的形式,利用Muskhelishvili的复变函数理论和最小二乘法来确定解析函数的各项系数,从而求得浅埋隧道围岩压力的半数值、半解析解,最后通过算例给出了围岩应力的分布情况。计算结果表明,该方法计算精度高、计算量小,具有应用价值。     

圆形隧道围岩附加应力场的解析解答

研究各向同性岩体中含一个圆形隧道围岩的附近应力问题。考虑全场的应力变形特征,运用复变函数的罗朗级数展开技术,构造合适的应力函数,结合隧道的边界条件和无穷远的性态,获得了全场应力复势的解析表达式。数值分析发现,应力集中程度最剧烈时,不一定总是发生在孔的附近;应力集中程度最弱时,不一定总是距离孔边较远;当隧道埋深为其半径的5倍以上时,可以作为无限大基体含一个圆形孔洞来处理。     

A complex variable solution for a deforming buoyant tunnel in a heavy elastic half‐plane

An analytical solution is presented for a buoyant tunnel in an elastic half‐plane. The tunnel undergoes a prescribed displacement along its boundary, and the surface of the half‐plane is stress‐free. The solution uses the complex variable method and consists of conformally mapping the hole and half‐plane to an annular region. The complex potentials each contain two logarithmic terms due to the resultant buoyancy force acting on the tunnel, and as a result the displacements at infinity are unbounded. An example is presented for the case of a rigid buoyant tunnel in a half‐plane with gravity loading. Even though the tunnel does not deform, the buoyancy effect can be clearly seen in the contours of the displacements and stresses. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

深埋圆形隧道弹塑性位移统一解及其比较分析

基于统一强度理论和非关联线性流动法则,考虑塑性区的真实弹性应变,推导了深埋圆形隧道弹塑性位移统一解。位移统一解合理地考虑了中间主应力效应和围岩剪胀特性的影响,具有广泛的理论意义。经与文献简化位移解析解比较分析知,围岩塑性区的弹性应变对隧道位移影响显著,简化解析解所得结果偏小,简化解析解和文中统一解之间的差异与中间主应力效应和围岩剪胀特性密切相关;考虑中间主应力的影响,能更加充分发挥围岩的强度潜能;隧道支护设计应考虑围岩剪胀特性的重要影响     

基于初参数法的多心圆拱隧道衬砌结构内力与变位求解

基于初参数解析方法的原理,建立了混凝土衬砌弹性地基圆弧曲梁内力和变位求解的初参数矩阵方程。对于多心圆拱隧道衬砌结构,利用曲梁初参数矩阵方程,以及结构的对称性和圆拱弧段交接点处内力平衡和变位协调条件,求解出了矩阵方程中初参数值,可进一步应用初参数矩阵方程求解圆拱弧段各点的内力与变位值。实例计算表明,其解析思想是可行有效的,可为类似衬砌结构设计提供一条可靠的内力分析途径。     

软土地层浅埋圆形隧道非达西渗流场解析研究

软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律,即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例,对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证,并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明：非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响;随着渗流指数逐渐增大,土体内水头损失加快,隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小;随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大,衬砌排水能力增强,隧道渗流量逐渐增大,隧道周围土体孔压减小更大。     

考虑膨胀应力和剪胀的深埋隧道弹塑性解

基于湿度应力场理论,推导了考虑膨胀应力和剪胀特性的圆形隧道开挖后围岩力学响应的弹塑性解。将隧道软弱围岩遇水膨胀现象视为湿度-应力耦合过程,基于Fick第二定律,推导了圆形隧洞围岩内湿度扩散非稳态解。采用非关联流动法则,获得了隧道高膨胀势区的应力和位移解答。以两种不同质量岩体开挖的隧洞为例,分析了膨胀围岩应力和变形的影响因素。结果表明,考虑膨胀应力(取决于围岩含水率变化和湿度膨胀系数)时,塑性区扩大,松动圈厚度增加,应力收敛变慢。当膨胀应力增大到一定程度时,塑性区将出现拉应力区。膨胀岩隧洞开挖遇水作用,膨胀应力增加的围岩变形远大于地应力引起的围岩变形。同时,应力剪胀对膨胀性围岩的变形影响不容忽视,尤其是在支护抗力较小的情况下,洞壁处径向位移增加显著。     

既有路基下浅埋隧道开挖引起地层的位移及应力解析解

在既有公路下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,导致地表沉降。为了保证施工安全,快速精确地计算地层位移及应力,有效地控制地表沉降,对浅埋隧道的设计与施工均十分重要。在镜像法原理的基础上,引入等效模量当层法,推导出了在有上覆不同材料下浅埋圆形隧道开挖引起地层位移、应力及地表沉降的解析分布规律。计算结果表明,既有路基下开挖隧道引起地层产生的位移和应力解析解能够很好地体现上层高弹性模量路基对沉降及应力的扩散作用,可以求得隧道开挖后洞周地层包括上覆路基及下卧层中任意位置处的位移、应力以及地表沉降,为在双层地基材料中开挖浅埋隧道引起地层位移及地表沉降的计算提供了一种新的解析方法。     

华东某公路隧洞地应力测量与岩爆可能性浅析

通过华东某公路隧洞3个深钻孔的水压致裂法地应力测量结果,分析并推导得到了隧洞轴线水平面上的应力和隧洞轴线横截面内最大切向应力的估算公式,并用于隧洞形状选择及隧洞开挖时岩爆可能性判断。认为测区应力以水平作用为主,在测试深度域内最大水平主应力的数值在4.69~14.07MPa,优势方向约N61°W,用应力估算公式和岩爆判据得出岩爆发生的临界埋深厚度约304m。     

断层扰动下地应力场三维有限元约束优化反演

在分析复杂断层构造扰动下的区块G的多点实测地应力分布特点的基础上,通过建立符合研究区地质特点的数值模型,采用基于有限元法及数学约束优化理论的有限元约束优化反演法对研究区的三维地应力场进行了模拟,得到了与实测值吻合良好的结果。通过对反演得到的地应力分布特征进行分析,探讨了复杂断层对区域地应力状态的影响。研究结果表明：断层附近的地应力分布主要受其邻近断层的扰动影响,且受扰乱程度与断层的几何尺寸以及离断层的距离等因素相关;由于断层的扰动作用,断层附近地应力分布十分复杂,尤其是断层端部尖灭区的地应力分布更是如此,因此,有限“点”的实测应力值不能全面反映断层发育区地应力场的全貌,三维数值模拟是区域地应力场定量分析与评价的不可缺少的手法。