岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 777-787.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0380

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于复变函数理论的无中导连拱隧道应力与位移解析解

毕钛俊1, 2,邓琴1,汤华1,姜成业1, 2,秦雨樵1   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071;2. 中国科学院大学,北京 100049
  • 收稿日期:2023-03-28 接受日期:2023-06-18 出版日期:2024-03-11 发布日期:2024-03-20
  • 通讯作者: 邓琴,女,1983年生,博士,副研究员,主要从事计算岩土力学方面的研究。E-mail: qdeng@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:毕钛俊,男,1998年生,硕士研究生,主要从事隧道工程方面的研究。E-mail: bi_xxing@163.com
  • 基金资助:
    云南省交通运输厅科技创新及示范项目(云交科教[2019]79号)。

Analytical solution of stress and displacement of double-arch tunnel without middle drift based on functions of complex variables

BI Tai-jun1, 2, DENG Qin1, TANG Hua1, JIANG Cheng-ye1, 2, QIN Yu-qiao1   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2023-03-28 Accepted:2023-06-18 Online:2024-03-11 Published:2024-03-20
  • Supported by:
    This work is supported by Science and Technology Innovation and Demonstration Project of Yunnan Provincial Department of Transport ([2019]79).

摘要: 无中导连拱隧道由于后行洞衬砌搭接于先行洞衬砌拱腰之上,围岩与衬砌受力情况复杂,开展相应的围岩与衬砌应力和位移分析具有重要的工程意义。基于复变函数理论和Schwarz交替法,提出了深埋条件下考虑衬砌的无中导连拱隧道围岩与衬砌应力和变形的计算方法。针对无中导连拱隧道两洞具有共用边界的特点,在利用柯西积分法进行求解时,将单洞衬砌与围岩接触的边界积分条件转化为仅存在单洞时的完整边界积分与共用边界积分之差,对于Schwarz交替法中求解“附加面力”的过程亦进行类似处理。给出共用边界应力与位移的计算方法。通过算例,将上述解析结果和数值仿真结果进行对比,证明了方法的可行性和准确性。

关键词: 无中导连拱隧道, 复变函数, Schwarz交替法, 应力场, 位移场

Abstract: Due to the fact that the lining of the secondary tunnel overlaps on the arch waist of the lining of the front tunnel, the stress situation of the surrounding rock and lining is complex. Therefore, it is of important engineering significance to carry out stress and displacement analysis of the surrounding rock and lining. This study proposes a calculation method for stress and deformation analysis of the surrounding rock and lining in a double-arch tunnel without a middle drift, considering the deep burial conditions and the presence of the lining. The method utilizes the complex variable function theory and Schwarz alternating method. In the case of a double-arch tunnel without a middle drift, where the two tunnels intersect, the Cauchy integral method is employed to solve the problem. The boundary integral condition for the contact between the lining of a single tunnel and the surrounding rock is transformed into the subtraction between the complete boundary integral and the intersectional boundary integral when only a single tunnel exists. A similar treatment is applied to the calculation of the “additional surface force” in the Schwarz alternating method. Finally, the calculation method of intersectional boundary stress and displacement is given. A numerical example is provided to demonstrate the feasibility and accuracy of the method by comparing the analytical results with numerical simulation results.

Key words: double-arch tunnel without middle drift, functions of complex variables, Schwarz alternating method, stress field, displacement field

中图分类号: 

  • U451
[1] 张家奇, 赵春风, 赵程, 吴悦, 龚昕, . 考虑弹塑性卸荷的柱孔和球孔反向扩张解[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3224-3234.
[2] 齐飞飞, 张科, 谢建斌, . 基于DIC技术的含不同节理密度类岩石试件 破裂机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1669-1680.
[3] 蒙伟, 何川, 陈子全, 郭德平, 周子寒, 寇昊, 吴枋胤, . 岭回归在岩体初始地应力场反演中的应用[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1156-1169.
[4] 陈念, 王成虎, 高桂云, 王璞, . 基于应力多边形与钻孔崩落的白鹤滩 右岸厂房区地应力场特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3376-3384.
[5] 王海军, 乐成军, 汤雷, 赵初, 李汉章, 戚海棠, . 基于3D-ILC含水平内裂纹脆性固体 三点弯断裂特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2773-2784.
[6] 刘泉声, 王栋, 朱元广, 杨战标, 伯音, . 支持向量回归算法在地应力场反演中的应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 319-328.
[7] 赵红华, 刘聪, 唐小微, 魏焕卫, 朱丰, . 基于透明土和三维重构技术的空间变形可视 化测量系统的研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3170-3180.
[8] 陈有亮, 刘耕云, 杜曦, RAFIG Azzam, 吴东鹏, . 考虑膨胀应力和剪胀的深埋隧道弹塑性解[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2525-2535.
[9] 宋义敏, 张 悦, 许海亮, 王亚飞, 贺志杰. 基于非均匀特征的岩石蠕滑与黏滑变形演化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 363-371.
[10] 张治国, 李胜楠, 张成平, 王志伟, . 考虑地下水位升降影响的盾构施工诱发地层 变形和衬砌响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 281-296.
[11] 周航, 袁井荣, 刘汉龙, 楚剑, . 矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4429-4438.
[12] 冷伍明, 张期树, 徐方, 聂如松, 杨奇, 艾希, . 新型预应力路基坡面法向附加应力扩散规律分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3987-4000.
[13] 杨公标, 张成平, 闵 博, 蔡 义, . 浅埋含空洞地层圆形隧道开挖引起的位移 复变函数弹性解[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 25-36.
[14] 刘阳辉, 胡向东, . 卸载状态下立井冻结壁的力学分析[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 344-350.
[15] 陈 钒,吴建勋,任 松,欧阳汛,王 亮,范金洋,. 基于湿度应力场理论的硬石膏岩膨胀试验研究[J]. , 2018, 39(8): 2723-2731.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .