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铁道学报 2022年第3期44卷 142-149页

作者：刘淑红范金录陈智慧朱永全石家庄铁道大学工程力学系河北石家庄050043 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

为研究深埋非圆形隧道开挖引起围岩的弹性和黏弹性变形解析解,首先通过复变函数的方法,得到了围岩中位移的弹性解。之后,根据弹性-黏弹性对应原理,采用Burgers黏弹性模型,通过拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换,得到围岩位移的黏弹性解。最... 详细信息

为研究深埋非圆形隧道开挖引起围岩的弹性和黏弹性变形解析解,首先通过复变函数的方法,得到了围岩中位移的弹性解。之后,根据弹性-黏弹性对应原理,采用Burgers黏弹性模型,通过拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换,得到围岩位移的黏弹性解。最后以Ⅳ级围岩中铁路双线隧道为例,通过搜索边界映射点的方法,得到其映射函数。给出了隧道附近的弹性位移等值线图、沿隧道边的弹性位移,及隧道拱顶、拱底和拱腰三个特殊点的黏弹性位移,并讨论了侧压系数对弹性和黏弹性位移的影响。研究结果表明:开挖引起的弹性位移在隧道附近区域迅速下降,之后缓慢趋于零;拱顶和拱底的黏弹性竖直位移、拱腰的黏弹性水平位移随时间变化明显,在5 a左右,变化速率减小;随侧压系数的增大,拱顶和拱底的弹性竖直位移减小,黏弹性竖直位移几乎未变,拱腰的弹性和黏弹性水平位移值增大。隧道开挖后,要及时支护,并注意拱顶和拱底的竖直位移。

关键词：复变函数非静水应力场非圆形隧道 Burgers模型黏弹性位移

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基于应力流原理及复变理论的隧道力学解析及试验研究

基于应力流原理及复变理论的隧道力学解析及试验研究

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作者：郑英豪河北建筑工程学院

学位级别：硕士

进入21世纪以来,我国对地下空间已开始大规模的开发利用,随着赋存条件较好的浅埋优质矿产资源的开采、地下资源的开采需求量的加大以及支护技术的逐渐发展,国内外大多数矿井工程逐渐向地下深部区域进行转移,但是当矿井洞室进入深部时,... 详细信息

进入21世纪以来,我国对地下空间已开始大规模的开发利用,随着赋存条件较好的浅埋优质矿产资源的开采、地下资源的开采需求量的加大以及支护技术的逐渐发展,国内外大多数矿井工程逐渐向地下深部区域进行转移,但是当矿井洞室进入深部时,围岩所反映的力学性质发生了明显变化,随之带来的不仅是开采难度上的增大,地下深埋洞室周边围岩会出现水平地应力增大,岩体呈现出松散破碎、具有明显的流变性质的软岩特征。当前,浅埋洞室支护技术已经日臻完善,但是将同样的支护技术应用到深部时会出现一系列问题,如支护部位的压应力剧增,两帮收敛量大等情况。因此,这些常规失效现象的诱导机理越来越受到人们的关注,对于研究深埋隧道围岩应力分布规律具有十分重要的意义。本文基于复变函数理论与应力流守恒原理,采用理论推导、数值模拟、室内试验相结合的方法,研究了不同断面形状的洞室开挖后应力与位移的问题,结果表明:(1)基于逐次渐进法的思想,利用Matlab数学软件编写了非圆形洞室映射函数求解程序,通过算例分析发现程序具有普适性好,计算收敛快等优点,且得到的映射函数精度较高。(2)采用理论推导的方法,得到了椭圆形、方形、马蹄形等非圆形洞室围岩应力解,并对应力及位移沿洞周及地层中的分布规律进行了分析,得出:在不同侧压力系数下,方形洞室各边界点的应力分布规律一致,均在洞室拐角处存在明显的压应力集中。隧道所受应力值仅与初始地应力、侧压力系数相关,而与开挖方法、泊松比及土体弹性模量无关。(3)采用理论分析的方法,基于弹性—黏弹性对应原理,对非圆形洞室围岩位移流变性进行了分析研究,得出:随着侧压力系数的增大,拱腰处黏弹性水平及竖向位移也逐渐增大,而拱腰竖向黏弹性位移随时间的变化相对较小。拱顶及拱底处黏弹性竖向位移随侧压力系数的变化基本不变。(4)基于数字图像相关技术及声发射技术,开展了针对单轴加载作用下包含不同孔洞形状岩样的多工况试验研究。对不同工况组岩样的破坏模式、应力及位移场演化规律、声发射损伤演化、频域特征等进行了分析,得出:非圆形洞室试件的破坏失效是由于V形缺口和剪切裂纹的合并造成的,破坏模式属于剪切型破坏。由声发射计数确定的损伤变量与Weibull模型计算结果吻合,因此采用声发射特征来再现损伤演化过程是合理的。随着声发射幅值的增加,试验岩体界面出现剥离,频谱信号带的带宽变小,信号整体呈“尖顶状”。

关键词：复变理论非圆形洞室支护力黏弹性位移数字图像相关技术

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