岩石力学与工程学报
巖石力學與工程學報
암석역학여공정학보
CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
2013年
12期
2471-2480
,共10页
肖建清%冯夏庭%邱士利%张腊春
肖建清%馮夏庭%邱士利%張臘春
초건청%풍하정%구사리%장석춘
隧道工程%圆形隧洞%开挖卸荷%解析方法%留数定理
隧道工程%圓形隧洞%開挖卸荷%解析方法%留數定理
수도공정%원형수동%개알사하%해석방법%류수정리
tunnelling engineering%circular tunnel%excavation unloading%analytical method%residue theorem
针对地下圆形隧道的开挖卸荷效应,基于岩石动力学和弹塑性理论,在求解其动、静态显式解析解方面进行新的尝试.首先,探讨非均匀应力场中圆形隧洞开挖卸荷的力学模型,研究初始应力的分布规律以及卸荷过程的处理方法.基于Laplace变换和留数定理,给出一种计算隧道开挖时围岩响应规律动态解析解的方法,得到线性卸荷条件下围岩应力和位移的解析表达式.其次,考虑岩体的非线性硬化和软化特性,运用弹塑性解析法,推导出围岩应力和位移的静态解析表达式.对比分析动静态解析结果的差异,结果表明:(1)卸载阶段,惯性力的存在能减少开挖卸荷对围岩的破坏,保持围岩的完整性,故而在动态解析结果中,围岩的扰动范围小,位移小,应力集中系数低,但应力梯度较高.(2)动态解中,径向应力一直处于压缩状态,而切向应力先拉后压,有利于径向拉裂纹及层板结构的形成.(3)卸荷速率存在临界值,当卸荷速率达到临界值时,质点的振幅及频率都达到最大值.
針對地下圓形隧道的開挖卸荷效應,基于巖石動力學和彈塑性理論,在求解其動、靜態顯式解析解方麵進行新的嘗試.首先,探討非均勻應力場中圓形隧洞開挖卸荷的力學模型,研究初始應力的分佈規律以及卸荷過程的處理方法.基于Laplace變換和留數定理,給齣一種計算隧道開挖時圍巖響應規律動態解析解的方法,得到線性卸荷條件下圍巖應力和位移的解析錶達式.其次,攷慮巖體的非線性硬化和軟化特性,運用彈塑性解析法,推導齣圍巖應力和位移的靜態解析錶達式.對比分析動靜態解析結果的差異,結果錶明:(1)卸載階段,慣性力的存在能減少開挖卸荷對圍巖的破壞,保持圍巖的完整性,故而在動態解析結果中,圍巖的擾動範圍小,位移小,應力集中繫數低,但應力梯度較高.(2)動態解中,徑嚮應力一直處于壓縮狀態,而切嚮應力先拉後壓,有利于徑嚮拉裂紋及層闆結構的形成.(3)卸荷速率存在臨界值,噹卸荷速率達到臨界值時,質點的振幅及頻率都達到最大值.
침대지하원형수도적개알사하효응,기우암석동역학화탄소성이론,재구해기동、정태현식해석해방면진행신적상시.수선,탐토비균균응력장중원형수동개알사하적역학모형,연구초시응력적분포규률이급사하과정적처리방법.기우Laplace변환화류수정리,급출일충계산수도개알시위암향응규율동태해석해적방법,득도선성사하조건하위암응력화위이적해석표체식.기차,고필암체적비선성경화화연화특성,운용탄소성해석법,추도출위암응력화위이적정태해석표체식.대비분석동정태해석결과적차이,결과표명:(1)사재계단,관성력적존재능감소개알사하대위암적파배,보지위암적완정성,고이재동태해석결과중,위암적우동범위소,위이소,응력집중계수저,단응력제도교고.(2)동태해중,경향응력일직처우압축상태,이절향응력선랍후압,유리우경향랍렬문급층판결구적형성.(3)사하속솔존재림계치,당사하속솔체도림계치시,질점적진폭급빈솔도체도최대치.
