水平地震作用下浅埋隧道围岩压力的计算方法研究
发布时间：2020-12-24 00:38
以现行规范中浅埋隧道围岩压力计算的力学模型为基础,引入水平条分原理和水平地震系数,建立一套地震工况下浅埋隧道围岩压力计算方法。与规范方法及杨小礼方法相比,将静力工况与地震工况结合到统一力学模型中,且将岩土体的两个强度参数作为独立因素考虑,且能考虑岩土体分层的实际情形。通过简单算例的对比分析,认为将黏聚力和内摩擦角作为独立因素考虑,能更为准确地计算隧道围岩压力;通过多层算例的对比分析,认为隧道自身所穿越地层的围岩条件,对其围岩压力分布特性起主要作用;进一步利用方法,探讨岩土体强度参数和水平地震系数,对破裂角和竖向围岩压力的影响。研究成果可为浅埋隧道的抗震计算或设计提供更为准确可靠的理论依据或技术参考。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020年06期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
隧道拱顶矩形块体的受力简图
或挡墙的整体稳定性[13-16]。因此本文将水平条分原理引入基于附加地震系数的隧道抗震计算中，能更全面且更精确地给出地震工况下浅埋隧道围岩压力的解析解，进而为其抗震设计提供可靠依据。1规范中围岩压力计算方法1.1静力工况下的计算简图对埋深大于2.5倍等效荷载高度的深埋隧道，其竖向围岩压力直接按照等效荷载高度hq计算；对埋深小于1.0倍等效荷载高度的超浅埋隧道，其竖向围岩压力直接按照埋深H计算。对埋深介于二者之间的浅埋隧道（hq<H<2.5hq），现行规范中给出其围岩压力的计算方法如图1所示[4]。图1浅埋隧道围岩压力的计算简图Fig.1Calculationdiagramforgroundloadingofshallowtunnel假定隧道顶部地层AJKD下沉时，带动两侧三角形地层ABC与DEI分别沿破裂面BC与EI滑移，并与水平面间成锐角。其抗滑移能力取决于岩土体强度参数，用计算内摩擦角c表示。AJ与DK为潜在滑移面，其力学参数稍弱于破裂面，一般将破裂面参数乘以折减系数δ，得到潜在滑移面上的摩擦角c。相关规范中给出了各级围岩计算内摩擦角及折减系数的建议取值范围[4]。1.2静力工况下的围岩压力对两侧楔形块进行受力分析，楔形块自重W1、破裂面上的支撑力与摩擦力的合力F、潜在滑移面上的支撑力与与摩擦力的合力T，三者在极限状态是达到平衡，由此可求得2c12cosTH，(1)ccccctantantan1tan(tantan)tantan，(2)式中，为地层重度，为侧压力系数[4]。上述潜在滑移面上的作用合力T，实际上是破裂角的函数，对其求导等零，得到最大作用合力所对应的破裂角[4]：2cccctan(tan1)tantantantan。(3)
第6期卢钦武，等.水平地震作用下浅埋隧道围岩压力的计算方法研究1095另外由于将黏聚力和内摩擦角分开考虑，故破裂面BC和EI上（同理，潜在滑移面AJ与DK上），除支持力和摩擦力的合力外，还存在沿破裂面（或潜在滑移面）的黏聚阻力。图2地震工况下浅埋隧道围岩压力的计算简图Fig.2Calculationdiagramforgroundloadingofshallowtunnel.underseismicscenario2.2条分法计算楔形块侧向作用合力（右侧）取右侧楔形块体ABC进行分析，其受力简图如图3所示。作用力包括楔形块自重Wr；水平地震作用力khWr；破裂面上的支撑力与摩擦力的合力Fr，其与破裂面法线方向夹角φ；潜在滑移面上的支撑力与摩擦力的合力Tr，其与潜在滑移面法线方向夹角θ；破裂面上黏聚阻力cBC；潜在滑移面上黏聚阻力cAB。图3右侧楔形块的受力简图Fig.3Forcediagramofwedgeblockatrightside对上述楔形块沿水平方向截取厚度为dy的微元条abcd，其受力简图如图4所示。各作用力的物理意义与图3完全一致，但微元条还额外受到条间力G作用，其方向与竖直线成η角（η为地震角，tanη=kh）。另需说明的是，为简化符号，以下针对微元条的公式推导过程中均不带上标r。图4右侧楔形微元条的受力简图Fig.4Forcediagramofwedgesliceatrightside微元条上的几何关系和自重如下所示：tan(90)dd/sin()tan(90)(d)tan(90)ABHACHabycdyadHybcHyy，，，，，，(7)1dd()2Wyadbc。(8)根据图4所示微元条受力简图，建立x向与y向的力平衡方程：dTcos+ccdcos(GdG)sinhdFcos(90)kdWGsin，(9)dWGcoscabdTsin(
本文编号：2934639
【文章来源】：岩土工程学报. 2020年06期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
隧道拱顶矩形块体的受力简图
或挡墙的整体稳定性[13-16]。因此本文将水平条分原理引入基于附加地震系数的隧道抗震计算中，能更全面且更精确地给出地震工况下浅埋隧道围岩压力的解析解，进而为其抗震设计提供可靠依据。1规范中围岩压力计算方法1.1静力工况下的计算简图对埋深大于2.5倍等效荷载高度的深埋隧道，其竖向围岩压力直接按照等效荷载高度hq计算；对埋深小于1.0倍等效荷载高度的超浅埋隧道，其竖向围岩压力直接按照埋深H计算。对埋深介于二者之间的浅埋隧道（hq<H<2.5hq），现行规范中给出其围岩压力的计算方法如图1所示[4]。图1浅埋隧道围岩压力的计算简图Fig.1Calculationdiagramforgroundloadingofshallowtunnel假定隧道顶部地层AJKD下沉时，带动两侧三角形地层ABC与DEI分别沿破裂面BC与EI滑移，并与水平面间成锐角。其抗滑移能力取决于岩土体强度参数，用计算内摩擦角c表示。AJ与DK为潜在滑移面，其力学参数稍弱于破裂面，一般将破裂面参数乘以折减系数δ，得到潜在滑移面上的摩擦角c。相关规范中给出了各级围岩计算内摩擦角及折减系数的建议取值范围[4]。1.2静力工况下的围岩压力对两侧楔形块进行受力分析，楔形块自重W1、破裂面上的支撑力与摩擦力的合力F、潜在滑移面上的支撑力与与摩擦力的合力T，三者在极限状态是达到平衡，由此可求得2c12cosTH，(1)ccccctantantan1tan(tantan)tantan，(2)式中，为地层重度，为侧压力系数[4]。上述潜在滑移面上的作用合力T，实际上是破裂角的函数，对其求导等零，得到最大作用合力所对应的破裂角[4]：2cccctan(tan1)tantantantan。(3)
第6期卢钦武，等.水平地震作用下浅埋隧道围岩压力的计算方法研究1095另外由于将黏聚力和内摩擦角分开考虑，故破裂面BC和EI上（同理，潜在滑移面AJ与DK上），除支持力和摩擦力的合力外，还存在沿破裂面（或潜在滑移面）的黏聚阻力。图2地震工况下浅埋隧道围岩压力的计算简图Fig.2Calculationdiagramforgroundloadingofshallowtunnel.underseismicscenario2.2条分法计算楔形块侧向作用合力（右侧）取右侧楔形块体ABC进行分析，其受力简图如图3所示。作用力包括楔形块自重Wr；水平地震作用力khWr；破裂面上的支撑力与摩擦力的合力Fr，其与破裂面法线方向夹角φ；潜在滑移面上的支撑力与摩擦力的合力Tr，其与潜在滑移面法线方向夹角θ；破裂面上黏聚阻力cBC；潜在滑移面上黏聚阻力cAB。图3右侧楔形块的受力简图Fig.3Forcediagramofwedgeblockatrightside对上述楔形块沿水平方向截取厚度为dy的微元条abcd，其受力简图如图4所示。各作用力的物理意义与图3完全一致，但微元条还额外受到条间力G作用，其方向与竖直线成η角（η为地震角，tanη=kh）。另需说明的是，为简化符号，以下针对微元条的公式推导过程中均不带上标r。图4右侧楔形微元条的受力简图Fig.4Forcediagramofwedgesliceatrightside微元条上的几何关系和自重如下所示：tan(90)dd/sin()tan(90)(d)tan(90)ABHACHabycdyadHybcHyy，，，，，，(7)1dd()2Wyadbc。(8)根据图4所示微元条受力简图，建立x向与y向的力平衡方程：dTcos+ccdcos(GdG)sinhdFcos(90)kdWGsin，(9)dWGcoscabdTsin(
本文编号：2934639
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