基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析

发布时间：2019-02-13 11:11

【摘要】：在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时,常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力,但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时,该方法难以适用.鉴于此,基于Drucker-Prager屈服准则,推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用,即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地,考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响,引入刚度折减系数,并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后,通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明:用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%,稳定期围岩压力比数值计算值大5%,可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值.
[Abstract]:The theory of whole soil column or pressure arch is often used to calculate the loosening pressure of surrounding rock in shield tunnel segment lining structure, but it is difficult to apply this method when the shield tunnel is faced with the condition of deep burying and the deformation pressure is taken into account. In view of this, based on the Drucker-Prager yield criterion, the elastic-plastic analytical solution of the interaction between surrounding rock and lining structure under the influence of seepage effect is derived, and the stress and displacement of surrounding rock in plastic zone are given. The analytical formula of the relation between the key parameters such as the radius of plastic zone and the support resistance. The application of the above analytical results in determining the load of lining structure is described, that is, the static equilibrium state of surrounding rock and lining structure is established and the intersection point of the corresponding curve between them is obtained. Further, considering the influence of the overall stiffness reduction of segment lining structure caused by joint on the interaction between surrounding rock and lining structure, the stiffness reduction coefficient is introduced. The influence of fluid-solid coupling effect and seepage force on the characteristic curve of lining structure support are simplified in the determination of surrounding rock pressure of lining structure. Finally, the analytical solution is compared with the measured value and numerical value of underwater shield tunnel load. The results show that the wall rock pressure of the segment lining structure obtained by analytical method is 28% and 12% larger than the field measured values respectively, and the surrounding rock pressure in the stable period is 5% larger than the numerical value. It can provide some reference value for the design and construction of similar projects.
【作者单位】： 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室;中铁第四勘察设计院集团有限公司;
【基金】：国家自然科学基金(U1361210,51578462) 国家重点研发计划(2016YFC0802200) 中央高校基本科研业务费专项资金(2682015CX077) 中国铁路总公司科技研究开发计划(2014G004-0)资助项目
【分类号】：U455.43

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2421493