围岩不同模量特性对巷道应力和变形的影响研究.doc

PAGE PAGE 1 收稿日期：2008-12-23 作者简介：杨 钊（1984－），男，博士生，主要研究方向为隧道及地下结构。E-mail：yangzhaolp@126.com 围岩不同模量特性对隧道支护结构的影响分析 杨　钊1，2，余　俊1，2，潘晓明1，2，王艳丽1，2 （1. 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092；2.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092） 摘 要：基于拉压不同模量弹性理论，编写了有限元程序，通过对一个平面应力圆环的分析，验证了程序的正确性。分析了一个典型隧道断面支护结构的受力与变形状态，给出隧道支护结构应力场和位移场随着不同模量系数的变化规律，发现不同模量系数的变化对衬砌结构的位移与锚杆的轴力影响较小，而对隧道结构受拉区的应力场以及受拉区区域影响较大，为隧道支护结构设计提供新的理论依据。 关键词：隧道；拉压不同模量；非线性；应力；变形 中图分类号：TD353+.6 文献标识码：A Impact Analysis of Different Modulus Characteristic of Surrounding Rock on Tunnel Supporting Structure YANG Zhao1,2, YU Jun1,2, PANG Xiao-ming1,2, WANG Yanli1,2 （1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 20092, China;2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, ） Abstract: A finite element program is compiled based on different tensile-compressive modulus theory, which is verified by a plane-stress circular ring problem. In this paper, the stress and deformation state of supporting structure in a typical tunnel section is analyzed. The change rule of stress field and displacement field variation with different modulus coefficient is given. It has been found out that the variation of different modulus coefficient has little impact on the displacement field of linear structure and the axial force of anchor, and has much influence upon the stress field of tensile zone, which offer a new theoretical basis for tunnel supporting structure design. Keywords：tunnel; different tensile-compressive modulus; nonlinear; stress; deformation PAGE 5 大量的实验和研究表明，材料在绝对值相同的单轴拉应力或压应力作用下，会发生绝对值不同的拉应变和压应变，即材料具有受拉、压不同弹性模量的非线性特性。实际上，土木工程中广泛应用的岩材、砖材、混凝土、有机玻璃、塑料等存在显著的拉、压不同模量的力学属性。但在目前的工程设计与施工中，并没有考虑到材料的这一属性，这将有可能造成较大的设计误差，成为结构失效的隐患[1~2]。因此，开展拉压不同模量弹性理论的研究，不仅有重要的理论意义，也有广泛的工程应用空间。 拉压不同模量理论是20世纪60年代由前苏联学者阿姆巴尔楚扬提出，并给出了圆柱壳轴对称不同模量问题的解析解，随后国内外学者针对实际工程问题导出了圆柱弯曲、柱形孔扩张问题、弯压柱、横力弯曲梁、挡土墙等的解析解，针对复杂问题，解析解无法得到，有限单元法被应用于求解材料拉压不同模量问题[3~6]。 洞室开挖后，支护结构的受力与变形与围岩的物理力学性质密切相关。国内外众