关于芬纳公式的修正

根据隧洞施工期和运行期不同的受力情况 ,导出深埋隧洞塑性区不同的芬纳公式 ,确定无限大匀质体中轴对称圆洞的塑性范围 ,并给出公式的适用条件 .对算例的结果进行了芬纳公式修正前后的比较 .

Hoek-Brown破坏准则求解圆形硐室塑性区半径与修正的芬纳公式比较

目的为定量确定围岩塑性区半径和给支护锚杆的深度设计提供科学依据.方法以Hoek-Brown破坏准则为极限平衡条件，推求侧压力系数为1.0时圆形硐室理想弹塑性围岩的弹塑性应力和塑性区半径，运用Mohr-Coulomb准则直线拟合Hoek-Brown准则曲线和面积差补方法，求取等效的岩体Mohr-Coulomb强度参数后，建立相对塑性区半径随支护力和地质强度指标变化的二元非线性回归数学模型，并与源自于Mohr-Coulomb强度准则为屈服条件的修正的芬纳公式进行比较研究.结果支护力每增加1.0 MPa，就可确保地质强度指标降低10-20的岩体中不会出现塑性区.在支护力较小和岩体质量较差情况下，采用Hoek-Brown破坏准则推导得出的塑性区半径和修正的芬纳公式计算得出的塑性区半径差别稍大.相对塑性区半径与地质强度指标都呈负乘幂函数关系，随着支护力的增大，塑性区半径随着岩体质量等级的升高而下降的趋势逐渐变缓.建立的相对塑性区半径随地质强度指标和支护力变化的二元非线性回归数学模型简明，使支护力连续变化，提高了工程实用性.结论在岩体质量较差情况下，锚杆深度取1.8-3.0倍硐半径为宜.

黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力研究

为研究黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力,引入黄土的结构性参数对芬纳公式进行修正,基于围岩与衬砌间的相互作用关系求解了围岩塑性区半径表达式,给出了黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力的计算公式。并以某黄土深埋大直径盾构隧道为例,分析了应力比结构性参数对围岩压力的影响,并将三维有限元数值计算与理论分析结果进行了对比。结果表明,围岩塑性区半径和作用在管片结构上的围岩压力随着应力比结构性参数减小在不断增大;盾构掘进后围岩压力的最大值与黄土结构性参数为1时的围岩压力理论计算值比较吻合,盾构施工扰动会导致黄土结构性减弱。最后给出了黄土盾构隧道施工与管片设计的建议。

基于统一强度理论的隧洞弹塑性应力解析

基于统一强度理论对第一主应力为径向应力及环向应力2种情况进行弹塑性应力分析,推导得出了围岩应力及塑性区半径计算公式。隧洞围岩有完全弹性状态、最大主应力为径向应力的弹塑性状态及最大主应力为环向应力的弹塑性状态3种状态,隧洞弹塑性分析时,首先判断围岩所处状态,进而选择正确的公式进行计算。分析结果表明中间主应力有利于围岩充分发挥其强度潜能,从而提高隧洞围岩稳定性,而且中间主应力系数越小,围岩稳定状态对中间应力敏感度越高;当洞内压力小于第二临界应力时,增大洞内压力有利于提高围岩稳定性,而当洞内压力大于第二临界应力时,则围岩稳定性随洞内压力增大而降低。

深埋黄土盾构隧道围岩压力解析

随着盾构隧道工程的发展,越来越多的深埋黄土盾构隧道逐步出现。对其围岩压力进行准确计算对衬砌设计及服役期的安全评价具有重要意义。围绕深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算,考虑盾构隧道衬砌与围岩的径向变形连续条件,基于芬纳公式,推导了盾构隧道衬砌内力、围岩应力及围岩变形的解析解;引入黄土结构性参数,给出了适用黄土盾构隧道的围岩压力解析解;结合隧道开挖后围岩的广义剪应变,构建了黄土隧道围岩结构性参数的求解方法;结合黄土结构性参数,讨论了围岩增湿对黄土结构性参数及围岩压力的影响。研究发现:广义剪应变在塑性区内沿径向增大,在弹性区内逐渐减小,2倍塑性区半径外基本稳定;围岩的黄土结构性参数在塑性区内可认为均匀分布;围岩含水率由2%增加至20%时,塑性区的扩大幅度约为33%,围岩压力的增幅约为10%。研究成果以期对深埋黄土盾构隧道的围岩压力计算提供思路。

结构性黄土深埋盾构隧道围岩力学特性研究

盾构施工会破坏黄土结构性,为探求黄土结构性变化对盾构隧道围岩力学特性的影响,引入应力比结构性参数对摩尔-库伦强度准则和芬纳公式进行修正,通过建立黄土围岩和管片之间力和位移的连续条件,对围岩塑性区半径进行了求解,并对解析解进行了对比验证,最后分析了关键参数对围岩力学性态的影响。结果表明:(1)太沙基土压力公式计算结果介于解析解上限值与下限值之间;(2)随着应力比结构性参数的增大,对应的塑性区半径和围岩压力值在不断减小;(3)随着覆跨比的增加,塑性区半径不断减小,围岩压力值不断增大,当黄土结构性比较强时,隧道覆土厚度达到一定值之后围岩压力解析公式才适用;(4)围岩压力和塑性区半径与开挖半径近似呈线性正相关关系。

隧道围岩压力的弹塑性新解

在隧道衬砌设计中,围岩压力通常是最主要的荷载,也是最难以确定的荷载。围岩压力的弹塑性理论研究也从未间断。经典的芬纳公式和修正芬纳公式由于塑性区半径的不确定性而限制了其实际工程应用。以修正芬纳公式为基础,考虑围岩与衬砌的共同作用,在未作塑性区体积不变的假设条件下,推导得到塑性区半径的理论计算方法,从而可以直接应用修正芬纳公式计算围岩压力,为隧道衬砌设计提供指导。

围岩塑性区范围统一解

采用统一强度理论,考虑中间主应力的影响,根据不同的应力状态,正确选择第一主应力,推导了深埋圆形隧洞围岩塑性区范围统一解,并给出了公式的适用条件。通过算例说明,考虑第一主应力的变化是正确、必要的。

略述应用于塑性岩(软岩)中的卡斯特纳与芬纳两公式之异同

本文途述了在塑性岩(软岩)中应用较为广泛的卡斯纳与芬纳公式(以下简称为两纳公式)在表达形式上的互异以及内容结果上的全同,还说明了其在应用上有所差异。用应力圆作为媒体与变换手段推导了它们相同之处;用实例说明了它们在应用上的不同之处。有助于难点工程的理论指导与应用。

黄土盾构隧道围岩强度指标结构性参数表征与荷载计算

为了考虑黄土地层特征,获取合理的围岩压力以指导黄土盾构隧道结构设计,通过对比盾构隧道与新奥法隧道围岩压力现场测试数据,结合黄土盾构施工实践,验证形变围岩压力计算黄土盾构隧道围岩荷载的合理性;考虑黄土地层的强度参数,通过芬纳公式构建黄土盾构隧道形变围岩压力的计算方法;采用三轴剪切实验,探究原状黄土的应力应变关系以及应力结构性参数的变化规律,构建应力结构性参数下黄土强度指标的计算方法;结合盾构隧道开挖支护下围岩的应力应变变化规律,建立深埋黄土盾构隧道围岩结构性参数场的计算框架,结合结构性参数修正的黄土强度准则,给出深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算方法。研究发现,使用形变压力理论计算黄土盾构隧道围岩荷载具有合理性;原状黄土相比重塑黄土有明显的应力峰值及应变软化现象;黄土应力结构性参数与粘聚力存在较好的拟合关系,与内摩擦角相关性低;当仅考虑地层浸水造成黄土结构性演变引起的围岩压力变化时,当含水率由1%增加到25%,塑性圈半径由4.6 m增加为5 m,围岩压力由587 kPa增加到622 kPa。