浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的求解方法

把浅埋盾构隧道简化为半无限平面的挖孔问题,采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了反应位移法中浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的解析公式。设定不同的埋深和土体泊松比,计算了隧道周边的压缩和剪切地基弹簧刚度,讨论了隧道埋深和土体泊松比对刚度的影响,以及压缩和剪切地基弹簧刚度的关系。结果表明：浅埋隧道与深埋隧道的地基弹簧刚度存在差异;隧道埋深和土体泊松比对地基弹簧刚度的大小和分布规律影响很大;浅埋隧道的剪切与压缩地基弹簧刚度之比沿隧道周边变化。     

层状地层中矩形隧洞围岩应力及位移

为从理论上探析层状地层中隧洞围岩应力和位移求解问题,基于Покровский当层法理论,将层状地层转化为均质地层,再利用复变函数将坐标平面z上均质地层中矩形隧洞映射为复平面ζ的单位圆。首先,针对浅埋隧洞,阐述计算其应力及位移的方法;其次,针对深埋隧洞,通过求解解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),得出层状地层中深埋矩形隧洞围岩应力,进而获得围岩应变和位移;最后,针对某具体矩形隧洞,借助MATLAB软件求解其解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),研究围岩侧压力系数、边界力和隧洞高宽比等对隧洞围岩应力的影响。     

复变函数法计算圆形盾构隧道周边土体位移

盾构隧道开挖引起隧道周围土体应力及位移的改变,是工程界长期关注的重要课题.将半无限空间弹性单圆孔洞问题,映射为复平面上定值圆环问题,并利用隧道孔洞边界土体与衬砌之间空间位置及协调变形关系,给出了圆形盾构隧道周边土体位移的复变函数解,采用Matlab软件实现算法.结果表明:复变函数解析法计算得到的隧道地表沉降曲线与实测曲线较一致;隧道埋置深度、隧道半径、土体泊松比对土体变形影响较大;土体模量、衬砌模量、衬砌泊松比对土体变形计算结果影响微小.     

基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制

目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施．方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场和单向应力场。利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔一库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件．将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制．结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比纵内摩擦角φ和膨胀角沙越大,地表沉降也越大．提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法．结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制．     

盾构任意衬砌变形边界条件下复变函数弹性解

在Verruijt基本解法的基础上,假定Sagaseta通用变形模式为隧洞周边边界条件,推导了任意衬砌变形边界条件下复变函数弹性解答.利用复变函数解决孔口问题的基本方法,采用Mobius共形映射变换,将带孔口半无限空间映射为复平面下圆环域,该域下解析函数以Laurent级数展开,根据Muskhelishvili解法和给定边界条件,求得应力场和位移场.在此基础上分析了各分量对竖向位移和水平位移的影响,结果表明:衬砌椭圆化变形对位移场的影响远大于衬砌竖向沉降对位移场的影响.     

浅埋矩形顶管求解的复变函数实践

同时考虑洞周边界与地表边界,采用复变函数法求解浅埋矩形顶管施工引起的土体应力场、位移场。根据黎曼存在定理、复变函数的三角插值理论,提出计算含矩形的半无限域到同心圆环域共形映射的计算方法。在此基础上,将边界条件等式两边都展成洛朗级数,采用幂级数解法求得了复应力函数的系数。从该解法与有限元解的对比来看,在大部分点处结果相差不大,误差在2%左右。结果表明:(1)提出的保角映射函数形式及系数的求解方法适用于浅埋矩形隧洞;(2)提出的复变函数解法具有步骤清晰、收敛快、操作简单等特点。     

出平面线源载荷对浅埋弹性圆柱散射与地震动

为研究半空间内圆柱与裂纹同时存在时复合缺陷的动力学响应,采用复变函数、多极坐标方法,求解了与时间谐和的出平面线源荷载对含有弹性圆柱的半空间散射问题,给出了弹性圆柱周边的动应力集中与地表位移的数值结果.采用"分区"的方法,分别构造出含有弹性圆柱半空间内的散射波和弹性圆柱体内驻波的表达式,应用位移与应力边界条件求解出表达式中的未知数,确定散射波和驻波;从而给出含有弹性圆柱半空间的位移场与应力场.通过数值算例,讨论了各种参数对弹性圆柱周边的动应力集中系数与地表位移的影响规律.结果表明,线源荷载埋深大于60时,对地表位移就没有影响了.     

带矩形槽半平面在自重下的应力场和位移场

根据复势理论，导出半平面内一点集中力产生的应力及位移表达式，并导出求解带矩形槽的弹性半平面在自重作用下这类问题的一组两变元四个未知函数的Cauchy型奇异积分方程及其应力场和位移场的表达式。     

SH波入射时多个浅埋圆形衬砌结构附近半圆形沉积层的地表位移

本文利用复变函数和多极坐标的方法,给出了多个浅埋圆形衬砌结构附近半圆形沉积层的地表位移对SH波散射问题的解答.在求解过程中,将整个求解区域分割成两个区域,一个区域为半圆形沉积层,另一区域为多个浅埋圆形衬砌结构附近带半圆形凹陷的半无限弹性空间.在这两个区域和浅埋圆形衬砌结构内部分别构造满足水平界面上应力为零的位移解,并在半无限弹性空间和半圆形沉积层及浅埋圆形结构的公共边界上分别实施位移和应力连续条件,建立求解问题的无穷代数方程组.通过算例的数值分析表明,浅埋圆形衬砌结构的存在对沉积层附近位移有明显的放大作用,且这种作用随着浅埋衬砌圆形结构之间距离的增大而减小.     

有限区域盾构隧道土体位移解析计算

针对既有地下结构形成的有限区域,研究盾构隧道施工引起土体位移的解析计算方法.根据有限区域盾构隧道施工引起土体位移的分布特征,从有限区域土体位移分布基本特征出发,基于半无限空间盾构隧道土体位移解析解,通过引入广义土体损失和应力边界条件,推导得到一种可以计算有限区域盾构隧道土体位移的解析计算方法,并通过一则工程实例对该方法的有效性进行验证.计算结果表明,有限区域盾构隧道土体位移小于半无限空间盾构隧道土体位移,但两种情况下的土体位移分布形状基本相同.对于有限区域盾构隧道土体位移,和半无限空间解析解相比,本文解析计算方法得出的结果更接近工程实测数据,对计算有限区域盾构隧道土体位移问题更有效.     

岩质隧道施工过程变形时空问题的位移释放系数法

岩质隧道施工过程变形具有显著的成洞时间效应与开挖面空间效应。由于应力释放率与施工过程参数、围岩力学性态等的关系难以量化,应力释放系数法在解析岩质隧道施工过程变形问题时存在局限性。为描述岩质隧道与时间、空间相关的复杂的施工力学过程,假设围岩为Burgers体和Drucker-Prager组合模型。利用弹性-黏弹性对应原理与非关联流动法则建立无支护隧道变形解,采用位移释放系数法描述隧道施工过程变形的时空效应。获得的2维平面应变无支护隧道最大径向位移的数学函数形式与Manh解一致;当不考虑时间因素时,本文解可退化为Park解。通过与既有数值解和解析解对比,验证了本文解的正确有效性。进而分析隧道时空变形曲线,包括隧道蠕变特征曲线、围岩变形径向分布曲线和隧道纵剖面变形曲线,得到关于黏聚力、内摩擦角、扩容角与延迟时间等参数的敏感性规律。结果表明：随着时间推移或纵向距离的增大,隧道变形非线性递增;随着围岩深度的增加,隧道变形递减,隧道变形和塑性区半径均为黏聚力与内摩擦角的非线性递减函数;围岩扩容加剧了隧道变形;延迟时间控制了隧道变形的时程规律;隧道时空变形对介入参数的敏感性与其物理意义一致。位移释放系数法成功描述了岩质隧道施工过程变形的时空效应,可为施工过程提供理论指导。     

基于复变理论的城门洞型隧洞围岩黏弹性位移解析解（研究生论坛）

围岩蠕变特性是影响隧洞长期稳定性的主要因素,目前对黏弹性位移仅得到圆形、椭圆形和矩形等简单边界的解析表达式,而对城门洞型隧洞,则尚未提出较精确的黏弹性位移计算式。基于任意边界的围岩弹性位移的计算过程,运用复变函数理论,根据实际情况简化计算模型,推导了城门洞型隧洞围岩边界位移的弹性解析解,再根据弹性-黏弹性对应原理,通过Laplace变换及其逆变换进一步得到了城门洞型隧洞边界位移的黏弹性解析解。结合某软岩隧洞工程,开展解析解、弹性有限元及FLAC3D流变分析,计算表明：三种计算方法洞室边界黏弹性变形规律基本相似,初始弹性变形吻合较好,且黏性变形的演变规律与数值分析及现场实测结果基本一致,表明应用文中方法的实用性和可靠性。     

结构面特性对深埋隧洞稳定性的影响研究

结构面特性对深埋隧洞的受力和变形有重要影响。以某水电站引水隧洞为例,采用数值计算方法,对结构面不同倾角以及结构面与隧洞不同距离时深埋隧洞的稳定性进行分析。结果表明:隧洞左侧水平位移与底部突起量显著小于隧洞顶部沉降与右侧水平位移;结构面倾角对隧洞各关键部位位移有较大影响,而结构面至隧洞的距离仅对拱顶及隧洞右侧最大位移有一定影响;结构面与隧洞之间的距离在3 m以内时,塑性区沿结构面方向进行扩展,而距离大于6 m后,塑性区面积和形状趋于稳定,最大塑性应变降到较低水平并保持平稳。     

高层建筑扭转风向动力风荷载数学模型

针对矩形截面的高层建筑物，对不同高宽比和边长比的9种模型进行风洞实验，通过对大量数据的处理和分析，考察了模型高度、高宽比、边长比对高层建筑物扭转风向风力功率谱(扭矩功率谱)的影响规律，并拟合出了一个以风速、湍流强度、边长比等为参数的高层建筑物扭矩功率谱密度函数的数学表达式，与试验结果吻合较好，证明它是合理有效的。     

大跨度小间距偏压隧道施工模拟

为了解决大跨度小间距偏压隧道施工工序和两隧道开挖时相互影响的问题,采用有限差分数值模拟方法对大跨度小间距偏压隧道进行了施工工序和空间效应的计算分析,结果表明不论采用哪种开挖方式,隧道受力均具有不对称性,中间夹岩和埋深较大一侧拱腰是应力集中区域,先开挖埋深较浅一侧更有利于围岩的稳定性。两隧道同时开挖时掌子面只要保持在一定的范围外,即可保证两隧道的相互影响较小。     

基坑加固扰动引起地铁隧道隆起变形

针对如何控制上方基坑底部加固扰动引起下卧地铁隧道的变形、确保地铁安全运营的问题.结合上海市浦东新区东方路-张扬路地下立交工程,在考虑隧道等效刚度、施工卸荷以及加固抑制回弹的效果等因素的基础上,对上方搅拌桩施工扰动引起正在运营地铁隧道的竖向隆起变形进行了机理分析,推导出基于Winkler模型计算隧道竖向位移的方法并进行了理论计算.结果表明:上层加固扰动引起隧道的竖向位移是非常可观的,需引起足够重视.并将计算结果和实测数据进行了对比.在此研究基础上提出了一系列控制上层搅拌桩施工引起运营地铁隧道位移的施工方法.     

顶端受竖向集中力的圆锥的应力与位移

本文选择适当的应力函数并使其满足相应的边界条件,得出了顶端受竖向集中力的半无限圆锥体中的应力与位移的分布.半空间体在边界上受法向集中力的布希涅斯克(Boussinesq)解可以作为一个特例从本解答中得到.     

地应力场的函数反分析

本文提出了函数反分析的思想,导出了根据边界元直接法的求解模式,导出了实测值为各种不同类型的位移和应变时的计算公式,给出了一个算例,分析了常数反算的局限性和误差,提出了检验反算结果有效性的方法。     

考虑地基变形连续的基坑开挖诱发邻近盾构隧道位移预测

从工程实际出发,建立考虑基坑坑底及侧壁卸荷作用的基坑开挖引起的附加荷载计算模型;基于Mindlin解给出由基坑开挖所引起的邻近隧道处的竖向附加荷载;引入能考虑隧道任意埋深效应的修正基床反力系数, 将既有隧道简化为搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,进而提出基坑开挖下邻近既有隧道响应的简化计算方法. 所提方法能考虑隧道埋深效应以及地基剪切效应,与工程实际更为接近. 通过与三维有限元以及2组已发表工程实测数据的对比,验证所提简化计算方法的合理性与适用性. 针对地基弹性模量、地基剪切模量、隧道纵向等效抗弯刚度、隧道-基坑夹角、隧道埋深、隧道-基坑间距以及基坑几何形状等主要参数对隧道纵向位移的影响进行系统分析. 结果表明：隧道与基坑平行工况下的隧道最大位移是垂直工况下的1.60倍;提高隧道纵向抗弯刚度可以有效减小隧道的最大位移,但这种“削弱作用”会随隧道-基坑间距的增大而减小;随着隧道埋深、隧道-基坑间距的增大,隧道最大位移呈非线性递减规律;基坑的“长开挖”会影响隧道的位移和隧道隆起范围,而“短开挖”则主要影响隧道的位移. 研究成果可以为较为合理地预测既有盾构隧道在邻近基坑开挖下的响应规律提供理论支持.