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

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ljb16591504
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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。
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