粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析

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1、第21卷第5期工程力学Vol.21No.52004年10月ENGINEERINGMECHANICSOct.2004文章编号：1000-4750(2004)05-0132-07粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析*112刘干斌，谢康和，施祖元(1.浙江大学岩土工程研究所,浙江杭州310027;2.浙江省建筑设计研究院,浙江杭州310006)摘要：基于Biot固结理论，采用渗流-力学耦合模型，研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质，隧道处于半封闭状态，边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答，运用拉普拉

2、斯数值逆变换得到数值计算结果，分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律，讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。关键词：粘弹性；饱和土；圆形隧道；半透水边界；固结中图分类号：TU471.8,TU456文献标识码：AANALYSISOFSTRESSANDDISPLACEMENTAROUNDADEEPCIRCULARTUNNELINVISCOELASTICSOIL*112LIUGan-bin,XIEKang-he,SHIZu-yuan(1.InstituteofGeotechnicalEngineering,ZhejiangUniv.,Ha

3、ngzhou310027,China;2.ZhejiangArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Hangzhou310006,China)Abstract:BasedonBiot’stheoryofconsolidation,thestresses,displacementsandporepressureinducedbyadeeptunnelexcavationinviscoelasticsaturatedsoilareinvestigatedintheLaplacetransformdomainusingthecoupledporo-mechani

4、calmodel.Thelinerandthesoilareassumedtobeporousmedium.Thetunnelispartiallysealedandtheboundaryoftunnelispartiallypermeable.NumericalresultsareobtainedbyinverseLaplacetransformationandareusedtoanalyzethedistributionofstresses,displacementandporepressurearoundthetunnel.Theinfluenceofpermeabilityofth

5、etunnelboundaryandsoilviscosityonthefieldofstresses,displacementsandporepressureisdiscussed.Keywords:viscoelasticity;saturatedsoil;circulartunnel;partiallypermeableboundary;consolidation[4]1引言程。Biot1956年建立了各向异性饱和多孔介质中的粘弹性固结方程。作为粘弹性固结理论在工程中工程中经常遇到在岩土体中修建地下建(构)筑的应用，在饱和软粘土中开挖深埋隧道，考虑土体物的问题，关于这一课题在弹性静力

6、条件下已有不固结和土骨架的流变性有着重要的意义。[1-2]少研究成果。而目前许多地下工程是在饱和软粘[5]詹美礼利用Terzaghi-Rendulic扩散方程求解[3]土中修建，由于饱和软粘土的固结以及土骨架的了粘弹性地基中洞周围土体的固结问题。而对于二流变特性，土体变形和孔隙水压力消散是耦合的过———————————————收稿日期：2003-01-11；修改日期：2003-06-30作者简介：*刘干斌(1976)，男，江西人，博士生，从事软粘土力学及地下工程方面的研究(E-mail:liugb76@163.com)；谢康和(1956)，男，浙江人，教授，博导，从事软粘土力学及地基处理、

7、地下工程的教学与研究；施祖元(1956)，男，浙江人，教授级高工，博导，从事建筑结构设计和地基处理粘弹性土体中深埋圆形隧道的应力和位移分析133134工程力学~~~¶PkP~¶ur~ur1¶uq=(8c)er=eq=+(14a)¶rr=r2r2¶rrr¶q~~~(2)初始应力~1¶ur¶uquqsh和sv为零，隧道边界上仅作grq=+-(14b)r¶q¶rr用着初始孔隙水压力。此为第Ⅱ类边界：渗流连续方程srr=r2=0