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挤压性围岩隧道变形破坏特性及控制技术-计算模型简化运算

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：计算模型在隧道围岩黏弹性分析时，为了简化运算，假设洞室截面为圆形，对于矩形或直墙拱顶的洞室采用相似变换将隧道形状作等代处理，等代圆的当量半径可按下式计算:式中:B——隧道断面最大宽度;H——隧道最大高度。取静水压力状态，洞室压力为p0，开挖半径为a，支护结构半径为b，计算模型如图5.1所示。从式(5.5)可以看出，开挖面掘进速度v越快，则p越大，释放掉的应力越小。

(1)计算模型

在隧道围岩黏弹性分析时，为了简化运算，假设洞室截面为圆形，对于矩形或直墙拱顶的洞室采用相似变换将隧道形状作等代处理，等代圆的当量半径可按下式计算:

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式中:B——隧道断面最大宽度;

H——隧道最大高度。

取静水压力状态，洞室压力为p0，开挖半径为a，支护结构半径为b，计算模型如图5.1所示。

根据弹性理论可知隧道周边围岩受到径向的释放荷载p(t)作用时，洞室周边围岩产生的径向位移为:

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图5.1　计算模型

(2)支护结构黏弹特性

设洞室围岩蠕变特性服从Burgers蠕变规律，蠕变柔量J(t)可表达为:(https://www.chuimin.cn)

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式中:E1——岩体弹性模量;

c1、k1——与支护结构性质有关的材料常数， pagenumber_ebook=113,pagenumber_book=105

对于隧道衬砌结构，设其蠕变规律服从Kelvin(三单元)模型，可表示为:

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式中:E2——支护结构弹性模量;

c1、k2——与支护结构性质有关的材料常数 pagenumber_ebook=113,pagenumber_book=105

(3)开挖释放荷载

隧道开挖在掌子面一定范围内，在空间效应的影响下，开挖作业面上的释放荷载，随着远离开挖面以及时间的增加，逐步释放到初始应力状态。根据有限元模拟结果，该释放荷载随时间变化的过程为:

其中，m= pagenumber_ebook=113,pagenumber_book=105 ，v为工作面平均推进速度。从式(5.5)可以看出，开挖面掘进速度v越快，则p(t)越大，释放掉的应力越小。