拱形隧道彈性抗力計(jì)算方法及分布規(guī)律研究.pdf

1、我國(guó)公路和鐵路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，常采用荷載—結(jié)構(gòu)模式。正確確定結(jié)構(gòu)的主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載(彈性抗力)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，要合理確定彈性抗力就必須滿足結(jié)構(gòu)與圍巖局部變形協(xié)調(diào)一致的理論。
　　拱形隧道的彈性抗力分布常采用布佳耶娃法。布佳耶娃法假定隧道結(jié)構(gòu)的曲度，難以考慮隧道結(jié)構(gòu)形式，荷載大小與組合以及彈性抗力系數(shù)等，因而內(nèi)力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有很大出入。本文針對(duì)布佳耶娃法的不足，基于結(jié)構(gòu)與圍巖局部變形協(xié)調(diào)一致理論，提出了逐次逼近彈性抗力精確

2、解的新的方法－迭代法，并采用迭代法對(duì)拱形隧道的彈性抗力分布規(guī)律進(jìn)行了研究，研究成果對(duì)拱形隧道工程的設(shè)計(jì)具有重要的理論和實(shí)用意義。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下：
　?、賹?duì)于圍巖的松動(dòng)壓力與側(cè)壓力系數(shù)呈正變關(guān)系的情況下，本文給出了圍巖松動(dòng)壓力計(jì)算公式。針對(duì)Ⅲ～Ⅵ圍巖彈性抗力與襯砌結(jié)構(gòu)的剛度，形狀和尺寸，荷載的大小、組合形式，圍巖的彈性抗力系數(shù)等的相關(guān)性，通過(guò)回歸得出了彈性抗力系數(shù)的計(jì)算公式。
　　②在彈性抗力精確確定的逐次

3、逼近中，提出了迭代法確定彈性抗力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力。迭代法只要幾何模型正確，可隨意改變巖體參數(shù)，可以將拱圈和墻體按整體基本結(jié)構(gòu)，采用荷載—結(jié)構(gòu)模式通過(guò)迭代運(yùn)算，就可以得到彈性抗力的分布和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。迭代法不管采用excel工具還是采用Matlab編程軟件都可以達(dá)到準(zhǔn)確確定彈性抗力的目的。由于迭代法滿足局部變形理論，從而克服了布佳耶娃法的缺點(diǎn)。
　?、垩芯苛饲鷫κ剿淼缽椥钥沽Ψ植继攸c(diǎn)。范圍隨圍巖級(jí)別的降低而減小且與襯砌的變形和幾何條件有關(guān)；

4、彈性抗力的上零點(diǎn)與對(duì)稱軸中心的夾角一般在25~40范圍內(nèi)。襯砌結(jié)構(gòu)的彈性模量對(duì)彈性抗力的分布有一定的影響，但影響不大；襯砌厚度對(duì)彈性抗力分布的影響要比彈性模量的影響大。拱部由多曲率半徑組成的單線鐵路隧道，其彈性抗力的分布與公路隧道的區(qū)別很大。
　?、苎芯苛酥眽κ揭r砌彈性抗力分布特點(diǎn)。當(dāng)無(wú)側(cè)壓力時(shí)，墻高的變化不影響彈性抗力的大小與分布，彈性抗力主要分布在拱圈部分，彈性抗力的上零點(diǎn)＜，最大彈性抗力點(diǎn)不在拱底和墻頂?shù)慕Y(jié)點(diǎn)；彈性抗力的下零

5、點(diǎn)位于結(jié)點(diǎn)以下一定位置，根據(jù)圍巖級(jí)別而變化，一般不在墻底，只有墻體高度很小時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)在墻底。邊墻有側(cè)壓力時(shí)，墻高對(duì)彈性抗力的分布范圍和大小產(chǎn)生影響。
　?、菅芯苛斯匪淼狼鷫σr砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布特點(diǎn)。軸力沿拱頂向墻底不斷增加，最大軸力位于墻底；彎矩隨圍巖級(jí)別的降低而不斷增加，最大值一般在拱頂位置；墻底的彎矩隨圍巖級(jí)別的降低和墻高的增加而增加。
　　本文所研究的圍巖松動(dòng)壓力確定公式和彈性抗力的確定方法，對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)產(chǎn)生