• ISSN 0258-2724
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变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法

严涛 李坤杰 牟智恒 张佳鑫 于丽 李琦 李国庆 彭涛

严涛, 李坤杰, 牟智恒, 张佳鑫, 于丽, 李琦, 李国庆, 彭涛. 变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 531-536. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180825
引用本文: 严涛, 李坤杰, 牟智恒, 张佳鑫, 于丽, 李琦, 李国庆, 彭涛. 变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(3): 531-536. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180825
YAN Tao, LI Kunjie, MOU Zhiheng, ZHANG Jiaxin, YU Li, LI Qi, LI Guoqing, PENG Tao. Analytical Method for Calculation of Surrounding Rock Pressure of Shallow-Buried and Unsymmetrically Loaded Tunnel Adjacent to Variable Slope[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 531-536. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180825
Citation: YAN Tao, LI Kunjie, MOU Zhiheng, ZHANG Jiaxin, YU Li, LI Qi, LI Guoqing, PENG Tao. Analytical Method for Calculation of Surrounding Rock Pressure of Shallow-Buried and Unsymmetrically Loaded Tunnel Adjacent to Variable Slope[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 531-536. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180825

变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180825
基金项目: 国家自然科学基金(51508475);四川省科技厅科技创新创业项目(2018RZ0109);中央高校基本科研业务费理工类科技创新项目(2682016CX017);教育部“春晖计划”科研项目(Z2016168);高层次人才队伍建设科研支持项目(10101X10096078)
详细信息
    作者简介:

    严涛(1982—),男,讲师,研究方向为隧道及地下工程,电话:13808197336,E-mail:yantao228@163.com

  • 中图分类号: V221.3

Analytical Method for Calculation of Surrounding Rock Pressure of Shallow-Buried and Unsymmetrically Loaded Tunnel Adjacent to Variable Slope

  • 摘要: 目前浅埋偏压隧道围岩压力主要采用隧规计算方法,而对于左右洞隧道洞门不在同一里程,一侧需要开挖路基边坡,使隧道从自然放坡状态转为邻路基变坡状态的工况,隧规不适用于计算其围岩压力. 依托安徽某高速公路,运用极限平衡原理推导了邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析解. 计算结果表明:由于变坡的存在,深埋侧修正算法计算竖向围岩压力小于规范法,相对误差为15.98%,水平围岩压力保持不变;浅埋侧修正算法计算竖向围岩压力及水平压力均小于规范法,其竖向压力相对误差为24.93%,水平压力相对误差为5.50%,变坡的存在对浅埋侧影响较大;对比围岩竖向及水平偏压率,有变坡围岩偏压率更大;围岩位移、应力及等效应力,有变坡约为无变坡的1~5倍,围岩及结构更加偏于不安全.

     

  • 图 1  坡度变化示意

    Figure 1.  Change of slope

    图 2  变坡条件下浅埋偏压隧道滑动体受力

    Figure 2.  Force analysis of the shallow-buried and unsymmetrically loaded tunnel with variable slope

    图 3  块体CHFD受力

    Figure 3.  Force analysis of block CHFD

    图 4  块体CHED受力

    Figure 4.  Force analysis of block CHED

    图 5  块体HEF受力

    Figure 5.  Force analysis of block HEF

    图 6  块体CHED受力矢量图

    Figure 6.  Force vector diagram of block CHED

    图 7  浅埋偏压隧道受竖直围岩压力示意

    Figure 7.  Vertical pressure analysis of the shallow-buried and unsymmetrically loaded tunnel

    图 8  浅埋偏压隧道围岩压力示意

    Figure 8.  Surrounding rock pressure analysis of the shallow-buried and unsymmetrically loaded tunnel

    图 9  计算模型(单位:m)

    Figure 9.  Calculation model (unit: m)

    表  1  围岩压力对比

    Table  1.   Comparison of surrounding rock pressures kPa

    变量深埋侧 浅埋侧
    规范法修正算法相对误差/% 规范法修正算法相对误差/%
    q1 104.42 90.03 15.98 72.06 57.68 24.93
    e1 21.85 21.85 0 13.61 12.90 5.50
    e2 51.37 51.37 0 41.48 39.32 5.49
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    表  2  计算结果对比

    Table  2.   Comparison of calculation results

    压力类型位置压力(规范法)/kPa偏压率压力(修正算法)/kPa偏压率
    内侧外侧内侧外侧
    竖直压力 拱腰 104.42 72.06 1.45 90.03 57.68 1.56
    水平压力 拱腰 41.13 31.20 1.32 41.13 29.57 1.39
    拱底 51.37 41.48 1.24 51.37 39.32 1.31
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    表  3  计算参数

    Table  3.   Calculation parameters

    类别$\gamma $/
    (kN•m–1
    弹性模量
    E/GPa
    泊松比$\mu $粘聚力C/MPa${\varphi _{\rm{c}}}$/
    (°)
    Ⅴ级围岩 1 800 2.5 0.40 0.5 35
    加固圈 2 100 6.0 0.35 0.7 39
    初期支护 2 300 29.5 0.20
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    表  4  围岩变形及应力对比

    Table  4.   Comparison of surrounding rock deformation and stress

    项目有变坡无变坡比值
    围岩最大 x 向移位/mm1.132 0.861 1.31
    围岩最大 y 向移位/mm 2.433 2.264 1.05
    围岩最大 x 向应力/MPa 0.667 0.540 1.24
    围岩最大 y 向应力/MPa0.723 0.615 1.18
    围岩第 1 主应力/MPa0.121 0.021 5.76
    围岩第 3 主应力/MPa –0.796 –0.702 1.13
    等效应力/MPa 0.490 0.410 1.20
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-18
  • 修回日期:  2018-11-19
  • 网络出版日期:  2018-04-04
  • 刊出日期:  2020-06-01

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