›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (S1): 79-86.doi: 10.16285/j.rsm.2017.S1.009

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑构造应力作用下浅埋圆形隧洞的解析解

曾癸森,吕爱钟   

  1. 华北电力大学 水电与岩土工程研究所,北京 102206
  • 收稿日期:2017-03-28 出版日期:2017-06-22 发布日期:2018-06-05
  • 通讯作者: 曾癸森,男,1992年生,硕士研究生,主要从事地下隧洞围岩的力学分析研究。E-mail: 974853331@qq.com E-mail: lvaizhong@ncepu.edu.cn
  • 作者简介:吕爱钟,男,1961年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程的教学与研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(No.11572126)。

Analytical solution for shallow circular tunnel under action of tectonic stress

ZENG Gui-sen, LÜ Ai-zhong   

  1. Institute of Hydroelectric and Geotechnical Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China
  • Received:2017-03-28 Online:2017-06-22 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Nature Science Foundation of China(11572126).

摘要: 基于复变函数方法,通过孔边及地表的应力边界条件,获得了自重应力和构造应力作用下浅埋圆形隧洞的应力和位移解析解,并通过ANSYS有限元软件对解析解进行了验证。引入可以反映地表水平应力大小的 项,使得该解具有一般性,对地表水平应力分量为0或不为0的情形都可进行求解。分析了隧洞开挖后的应力场及位移场。结果表明,当地表存在水平方向应力时,隧洞的侧壁区域可能会出现切向拉应力,地表水平应力越大,出现的最大拉应力也越大;随着 的增大,洞顶向上拱起,两侧受挤压向内变形的程度会加剧,地表会出现向上隆起现象,且在洞顶正上方程度为最大。

关键词: 浅埋隧洞, 弹性半无限体, 复变函数方法, 保角映射, 构造应力

Abstract: Based on the complex variable method, and the stress boundary conditions on the surface and the excavation boundary, the analytical solutions of the stresses and displacements of a shallow circular tunnel under the gravity and tectonic stress are deduced. Introducing the , which reflects the level of the horizontal stress on the ground surface, the solution become general, suitable for the case whether the horizontal stress on the ground surface is zero or not; and the correction can be verified by the ANSYS software. The distributions of the stresses and displacements field are analyzed. The results show that tangential tensile stress may appear on both sidewalls when the surface horizontal stress is non-zero; and the value of the tensile stress increases with the horizontal stress. Meanwhile, the vertical displacements on the surface, the vault’s upward deformation, the sidewalls’ extrusion deformation are influenced greatly by the surface stress as well.

Key words: shallow tunnel, elastic half-plane, function of complex variable method, conformal mapping, tectonic stress

中图分类号: 

  • U452

[1] 张治国, 黄茂松, 杨 轩, . 基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动 诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3135-3144.
[2] 颜天佑,崔 臻,张勇慧,张传健,盛 谦,李建贺,. 跨活动断裂隧洞工程赋存区域地应力场分布特征研究[J]. , 2018, 39(S1): 378-386.
[3] 齐 辉,丁晓浩,张 洋. 垂直界面附近椭圆形夹杂对SH波的散射与地震动研究[J]. , 2016, 37(8): 2151-2158.
[4] 王志良 ,刘 铭 ,谢建斌 ,申林方 . 盾构施工引起地表固结沉降问题的研究[J]. , 2013, 34(S1): 127-133.
[5] 杨在林,许华南,黑宝平. SH波上方垂直入射时界面附近椭圆夹杂与裂纹的动态响应[J]. , 2013, 34(8): 2378-2384.
[6] 胡向东 ,陈 锦 ,汪 洋 ,李伟平 . 环形单圈管冻结稳态温度场解析解[J]. , 2013, 34(3): 874-880.
[7] 何 书 ,赵 奎 ,朱 忠 ,吴开兴 . 基于断层擦痕侧伏角公式的构造应力张量反演[J]. , 2012, 33(11): 3414-3418.
[8] 张亚民,马凤山,徐嘉谟,赵海军. 高应力区露天转地下开采岩体移动规律[J]. , 2011, 32(S1): 590-0595.
[9] 王志良,申林方,姚 激,高成杰. 浅埋隧道围岩应力场的计算复变函数求解法[J]. , 2010, 31(S1): 86-90.
[10] 周春梅,章泽军,徐大杰,王生维,李先福. 古构造应力场数值模拟及危险性预测研究[J]. , 2009, 30(7): 2141-2146.
[11] 付玉华,王兴明,袁海平. 构造应力场边界载荷反演的有限元逆逼近法[J]. , 2009, 30(6): 1850-1855.
[12] 黄平路,陈从新,肖国峰,林 健. 复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. , 2009, 30(10): 3020-3024.
[13] 姜领发,陈善雄,于忠久. 饱和土中任意形状衬砌对稳态压缩波的散射[J]. , 2009, 30(10): 3063-3070.
[14] 秦忠诚,刘承论,赵祉业,李青海. 地形及构造应力影响下初始地应力场的 3D-FSM反演分析[J]. , 2008, 29(7): 1848-1852.
[15] 郭明伟,李春光,王水林,栾广博. 优化位移边界反演三维初始地应力场的研究[J]. , 2008, 29(5): 1269-1274.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!