地鐵隧道斜穿活動地裂縫時扭轉(zhuǎn)變形破壞解析解研究.pdf

1、地鐵隧道在斜穿活動地裂縫時處于彎、剪、扭的復(fù)雜受力狀態(tài),針對扭轉(zhuǎn)破壞,目前的規(guī)范及規(guī)程并未有馬蹄形截面結(jié)構(gòu)的抗扭設(shè)計方法,而地鐵隧道的抗扭設(shè)計沒有相應(yīng)的規(guī)定和依據(jù)。
　　 為了研究地鐵隧道在地裂縫處偏心集中扭矩M=Pe和圍巖摩擦分布扭矩m共同作用下的扭轉(zhuǎn)變形破壞解析解,本文基于薄壁桿件自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)理論,提出任意截面形狀的地鐵隧道在偏心集中扭矩M=Pe和摩擦分布扭矩m作用下的一般解析解,針對于一般解析解的復(fù)雜,提出更為方便實

2、用的“初參數(shù)”法解析解。利用“初參數(shù)”法分別按偏心集中扭矩M=Pe、摩擦分布扭矩m和二者共同作用三種工況對箱型、圓型隧道截面的扭轉(zhuǎn)角度、正應(yīng)力、剪應(yīng)力和截面扭矩進行計算。并利用有限元軟件ANSYS建立三種工況下的三維數(shù)值模型計算分析,結(jié)果表明:
　　 1、箱型隧道在集中和分布扭矩共同作用下,隧道結(jié)構(gòu)在地裂縫(9L／15)處扭轉(zhuǎn)角度最大,最大值達到9.81×10-6弧度,比解析法求得的最大值小0.41％；剪應(yīng)力也在地裂縫處最大,達

3、到75.08Kpa,比解析解得到的剪應(yīng)力大4.24％。
　　 2、圓型隧道在集中和分布扭矩共同作用下,隧道結(jié)構(gòu)在地裂縫(9L／15)處扭轉(zhuǎn)角度最大,最大值達到1.449×10-5弧度,比解析法求得的最大值小1.10％；剪應(yīng)力也在地裂縫處最大,達到125.87Kpa,比解析解得到的剪應(yīng)力大5.28％。
　　 3、數(shù)值模擬得出截面的各項特征值跟解析解得出的結(jié)論有相同的變化趨勢,證明了解析法的正確性。
　　 本文研究成