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岩土力学 2014年第S1期35卷 42-48页

作者：吕爱钟覃媛陈虹宇华北电力大学水电与岩土工程研究所北京102206

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,推导出带有衬砌的非圆形隧洞在原始地应力作用下的应力解析解。根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩衬砌接触面上的应力和位移连续条件,获得求解围岩和衬砌解析函数的基本方程,计算了围岩和衬砌... 详细信息

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,推导出带有衬砌的非圆形隧洞在原始地应力作用下的应力解析解。根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩衬砌接触面上的应力和位移连续条件,获得求解围岩和衬砌解析函数的基本方程,计算了围岩和衬砌中的应力和位移。在求解过程中,考虑了支护滞后于开挖的力学过程,并认为围岩和衬砌之间紧密接触,不会相互分开和相对滑动。以马蹄形隧洞为例,获得了围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向应力及围岩与衬砌接触面上的接触应力分布规律,并与ANSYS数值方法结果对比,算例表明两种方法的计算结果吻合很好。

关键词：非圆形隧洞支护滞后保角变换方法有限元数值方法应力分析

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非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

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长江科学院院报 2018年第3期35卷 164-170,175页

作者：陶钧烨吕爱钟尹崇林华北电力大学水电与岩土工程研究所北京102206

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,... 详细信息

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。

关键词：非圆形隧洞支护滞后保角变换静水压力应力与位移分析解析解

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深埋非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力位移解析解

深埋非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力位移解析解

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作者：陶钧烨华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,得到了带有衬砌的深埋非圆形压力隧洞,在原始地应力和静水压力共同作用下的应力位移解析解。本文考虑了衬砌的支护滞后效应,并且认为围岩与衬砌之间为完全接触。通过围岩与衬砌之间的应力与位移... 详细信息

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,得到了带有衬砌的深埋非圆形压力隧洞,在原始地应力和静水压力共同作用下的应力位移解析解。本文考虑了衬砌的支护滞后效应,并且认为围岩与衬砌之间为完全接触。通过围岩与衬砌之间的应力与位移连续条件和衬砌内边界的应力边界条件,利用幂级数方法,将问题转化成求解线性方程组,利用FORTRAN协助编程计算求得三组解析函数的具体表达形式,分别为,围岩在无支护时对应的单位圆外解析函数;围岩在支护作用下对应的单位圆外解析函数;支护后,由于围岩与衬砌相互作用,衬砌对应的解析函数。进而得到围岩与衬砌内的应力和位移。以马蹄形孔洞为例,计算了在不同的侧压力系数、位移释放系数和内水压力下,围岩边界和衬砌内外边界的切向正应力、径向应力和剪应力。并且发现,根据实际工况,应综合考虑位移释放系数和内水压力对衬砌与围岩应力的影响。在正常工况下,内水压力较小时,可以考虑在建设隧洞时推迟支护,从而降低衬砌切向正应力的大小:当水压力较大时,隧洞应提前支护,防止边界出现拉应力。本文利用ANSYS有限元软件对该算例进行了数值模拟分析,求得围岩边界和衬砌内外边界的切向正应力、径向应力和剪应力的数值解,并与马蹄形算例的解析解进行了对比验证,结果吻合良好。说明本文的理论推导正确,也提高了数似解的可信度。

关键词：非圆形隧洞保角变换静水压力支护滞后有限元

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围岩与衬砌相互作用的隧洞力学分析

围岩与衬砌相互作用的隧洞力学分析

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作者：覃媛华北电力大学

学位级别：硕士

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,可以获得在原始地应力作用下非圆形隧洞考虑支护滞后过程的应力和位移解析解。实际工程中衬砌与围岩将产生相互作用,本文分别考虑了两种不同的接触类型,分别是： (1)围岩与衬砌完全接触;(2)围岩... 详细信息

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,可以获得在原始地应力作用下非圆形隧洞考虑支护滞后过程的应力和位移解析解。实际工程中衬砌与围岩将产生相互作用,本文分别考虑了两种不同的接触类型,分别是： (1)围岩与衬砌完全接触;(2)围岩与衬砌光滑接触。当假设围岩与衬砌为完全接触时,根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩衬砌接触面上的应力和位移连续条件,在考虑支护滞后于开挖过程的前提下,通过柯西积分解法,可以获得求解围岩和衬砌解析函数的基本方程。当假设围岩与衬砌为光滑接触时,围岩和衬砌解析函数的基本方程不能使用常规的柯西积分方法求解,而需利用幂级数方法进行求解。当取解析函数为级数表达式时,级数表达式中的系数则为待求未知量,通过基本方程推导出求解这些系数的线性方程组,由此可以计算围岩和衬砌中的应力和位移。以马蹄形隧洞与直墙半圆拱形隧洞两种常见隧洞形状为例,求解隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的环向应力及围岩与衬砌接触面上的接触应力。本文运用ANSYS有限元数值分析软件模拟隧洞开挖过程,求解围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向应力及围岩与衬砌接触面上的接触应力,将结果与上述解析方法所获得的应力结果对比,两种方法的结果吻合很好。说明本文在推导解析函数的过程中并未发生错误。并且在光滑接触工况下,各边界的应力分布均优于完全接触工况下的应力分布,可得出当在对隧洞进行支护时,可选择在混凝土中掺入能够降低摩擦系数的添加剂,有利于提高衬砌与围岩的稳定性。

关键词：非圆形隧洞支护滞后保角变换有限元方法应力分析

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