基于普氏理论的圆形隧道竖向土压力计算方法

基于经典普氏压力拱理论,对隧道竖向土压力进行了分析论证,在此基础上,结合圆形隧道开挖后土体滑裂面的实际情况,对经典普氏压力拱理论进行了合理的改进,推导了圆形隧道平衡拱半跨度B和平衡拱高度h的解析表达式,由此建立了圆形隧道竖向土压力计算公式。通过一个具体的算例,对比分析了圆形隧道条件下直接采用经典普氏压力拱理论以及采用文中改进方法所得隧道竖向土压力之间的差异,初步验证了文中所提出改进方法的合理性。

普氏压力拱理论的局限性

普氏压力拱理论一直是我国隧道与地下工程设计的力学基础,但学界和工程界对此也有一定质疑,文章试图对此做些探索,以便澄清概念。通过应用有限元极限分析中的强度折减法和模型试验方法,分析了普氏压力拱的真实含意和形成条件,研究了洞跨、围岩强度与压力拱自稳的关系,研究了不同埋深条件下隧洞的破坏机理。结果表明:压力拱理论只在矩形和拱顶平缓以及围岩稳定且埋深不大的隧洞中才能成立;拱形隧洞不会形成压力拱;围岩强度太低,隧洞跨度太大,不会形成自稳的压力拱;围岩稳定性好,隧洞不会破坏,也不会形成压力拱;隧洞埋深较大时,两侧首先发生破坏,压力拱理论不起作用。