深埋工况下的Pasternak模型修正:土拱效应、隧道下穿、验证

发布时间：2021-12-09 17:19

　　Pasternak模型是研究新建隧道下穿既有隧道的重要模型,由于深埋工况下土拱效应的作用,采用Pasternak模型研究深埋隧道将导致计算结果偏差较大。为了考虑土拱效应的影响,对Pasternak模型进行了补充和修正,提出了Double Pasternak模型,将深埋隧道视为放置在Double Pasternak上的Euler-Bernoulli梁,从而建立新建隧道下穿深埋隧道的解析分析方法,明确了在理论分析中深埋隧道采用Double Pasternak模型,浅埋隧道采用Pasternak模型。实验研究发现,既有隧道以1.5倍覆跨比为临界点分为深埋隧道和浅埋隧道两部分,深埋隧道覆跨比越大,土拱效应越明显,浅埋隧道土拱效应可忽略不计,证明了不同的埋深模式采用不同弹性地基模型的正确性。将所提计算方法与现场实测结果进行对比,发现计算结果与实测结果有较好的一致性,从而验证了解析解答的正确性。 

【文章来源】：实验力学. 2020,35(05)北大核心CSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

Double Pasternak弹性地基梁模型

为了验证本文提出的新建隧道下穿施工引起深埋隧道纵向变形理论的有效性,对新建隧道下穿既有隧道做了实验研究。为便于分析,实验部分的长度单位统一为mm。图2所示为新建隧道下穿既有隧道的装置示意图,主要由底座、实验箱、既有隧道应变采集系统、DIC采集系统等部分组成。底座由100mm厚的细砂铺就,周围用混凝土块围砌,保证箱体底板的水平且避免直接接触不平整地面产生受力不均和变形。实验箱长900mm、宽600mm、高550mm、箱厚15mm,材料为有机玻璃。实验箱在填入土体之前,在箱体内壁上涂抹油脂以减小摩擦。既有隧道应变采集系统由应变片、静态应变测试仪和计算机组成,DIC采集系统包括CCD相机、计算机、视频灯、三角架、图像采集卡和相应图像存储介质。采用硬PVC管模拟新建隧道,通过抽取的方式模拟新建隧道的开挖,橡胶管模拟既有隧道,抽取过程中应变采集系统和DIC采集系统同步记录数据,最终数据存储在计算机中。通过得到的拱顶和拱底的应变,计算出既有隧道的弯矩,将理论弯矩和实验弯矩进行对比,验证本文理论的有效性。通过DIC技术得到既有隧道上覆土层断面的位移场,以分析土拱效应对既有隧道的影响。取覆跨比(既有隧道上方覆盖层厚度与隧道跨度的比值)分别为0.5、 1.0、 1.5、 2.0、 2.5五种情况,既有隧道直径分别为39mm、32mm、25mm三种情况,研究新建下穿隧道对既有隧道的影响。方案如下:

(6) 采用抽取的方法模拟新建隧道的掘进过程,利用静态应变仪采集既有隧道应变,利用图3所示的DIC采集系统采集既有隧道上覆土层断面位移场,测量五种不同埋深,三种直径下既有隧道的应变,静态应变仪将采集到的数据存储在计算机中。通过得到的应变计算出弯矩,通过位移场的分析得到土拱效应对既有隧道的影响。2.1.2 岩土材料的配制

【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构埋深对软土土拱效应影响分析[J]. 徐伟忠,刘树佳,廖少明.  地下空间与工程学报. 2017(S1)
[2]隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答[J]. 张治国,徐晨,宫剑飞.  岩石力学与工程学报. 2017(01)
[3]数字图像相关方法中匹配及过匹配形函数的误差分析[J]. 王博,俞立平,潘兵.  实验力学. 2016(03)
[4]基于双面弹性地基梁的隧道纵向变形研究[J]. 璩继立,潘荣,唐瑞东.  水资源与水工程学报. 2016(01)
[5]盾构隧道掘进引起上方已建隧道的纵向变形研究[J]. 张冬梅,宗翔,黄宏伟.  岩土力学. 2014(09)
[6]三维数字图像测量系统稳定性的实验研究[J]. 江天云,潘兵,夏勇,吴大方.  实验力学. 2014(06)
[7]盾构隧道正交下穿施工对既有隧道影响的模型试验与数值模拟[J]. 汪洋,何川,曾东洋,苏宗贤.  铁道学报. 2010(02)

博士论文
[1]地铁盾构隧道穿跨越施工对既有越江隧道的影响机理及控制指标研究[D]. 李鹏.上海交通大学 2014
[2]高速铁路隧道支护与围岩作用关系研究[D]. 房倩.北京交通大学 2010



本文编号：3531001