土质隧道非均匀收敛变形下等效地层损失解析计算

从土质隧道开挖引起洞周边土体非均匀收敛变形角度出发,提出了以隧道开挖引起周边土体非均匀收敛曲线与隧道最终衬砌断面曲线所围面积等效计算地层损失的非均匀模型,并利用上限定理及变分法推导了该模型下等效地层损失Vs的极限解析表达式;并总结归纳了沉降槽宽度系数i的近似表达统一式。最后将本文方法预测地面沉降的结果与离心机隧道模型试验结果及实际隧道工程现场监测结果进行对比,验证了(1)从收敛塑性变形角度定义及由上限定理计算地层损失Vs具有一定的有效性;(2)能较好的拟合试验和现场监测结果,表明了从围岩物理力学性质上研究地面沉降具有一定的可行性。

考虑地下水位升降影响的盾构施工诱发地层变形和衬砌响应分析

盾构隧道施工时遭遇地下水位急剧变化会明显增大施工风险,既有成果较少考虑地下水位升降给盾构隧道施工带来的影响,也较少针对隧道衬砌本身变形和应力进行分析。在考虑盾构隧道施工时地下水位变化的情况下引入隧道洞周的非均匀收敛变形模式,采用复变函数法理论,提出地下水位升降影响下盾构隧道开挖引起的周围地层、衬砌变形和应力的计算方法。将理论解析结果与数值模拟结果进行对比,验证了所提出方法的可靠性,并针对衬砌厚度、隧道半径、地下水位深度等参数进行了敏感性分析。研究结果表明,衬砌的径向位移形态基本呈现'苹果把'朝上的'苹果'形;随着地下水位的下降径向位移由'鸭蛋'形逐渐向'苹果'形过渡,且'苹果'形越来越明显;衬砌的环向位移基本形态呈倾斜的'苹果'形,随着地下水位的下降倾斜的'苹果'形范围逐渐变大;径向应力的分布在衬砌厚度、隧道半径的影响下呈现出相同的增减变化规律,且随着上述两个参数逐渐增大,径向应力分布由水平放置的'鸭蛋'逐渐变化成水平放置的'?'字形,随着地下水位的下降径向应力形态逐渐向中心收缩;衬砌环向应力随着衬砌厚度的增大,应力略微减小,随着隧道半径的增大衬砌环向应力明显减小,随着地下水位的下降环向应力分布形态由竖立放置的'鸭蛋'形逐渐变化为竖立放置的'8'字形;衬砌切向应力在衬砌厚度、隧道半径的影响下呈现相同的增减变化规律,且切向应力分布呈现'苹果把'朝下的'苹果'形。研究成果可为地下水位变化明显的盾构施工控制提供参考。