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岩土工程中经常会遇到两洞相互影响等问题,并且孔洞形状多种多样。当两平行孔洞相距很近时,其应力场及位移场就会受到强烈的相互影响,并为工程设计者所关心。本文求解城门洞与圆洞相互影响的围岩应力场弹性解析解,根据Schwarz交替法,首先求解城门洞形洞室围岩的应力场和位移场。应用保角映射,把城门洞形外域映射为单位圆外域。利用弹性平面复变函数法,将复势函数进行罗朗级数展开,通过边界条件得到罗朗级数展开式系数,并由复势函数确定城门洞形洞室围岩的应力和位移。然后,由此可以得到圆洞周边的多余面力。再在圆洞周边作用与多余面力大小相等、方向相反的外力,求出在圆洞周边反面力作用下只存在圆洞时的解,把两次计算的结果叠加起来就可得到城门洞与圆洞相互影响的围岩应力场和位移场。
根据算例,分别利用FORTRAN编程和有限元软件建模计算出围岩应力与位移的解析解和数值解,给出了城门洞、城门洞与圆洞的围岩应力与位移曲线对比图,可以看出应力场和位移场的分析结果是符合规律,以此得到推导出公式的正确性。然后讨论侧压力系数λ、埋深h、洞形、围岩类别对城门洞单洞围岩应力和位移的影响。再讨论两洞中心距离d对城门洞与圆洞围岩应力和位移的影响规律。通过分析表明,此法求解城门洞、城门洞与圆洞相互作用的围岩应力场与位移场是可行的,具有指导意义。