留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解

许德明 王媛 黄景琦 李庆文 王培涛 董致宏

许德明, 王媛, 黄景琦, 李庆文, 王培涛, 董致宏. 含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
引用本文: 许德明, 王媛, 黄景琦, 李庆文, 王培涛, 董致宏. 含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
XU De-ming, WANG Yuan, HUANG Jing-qi, LI Qing-wen, WANG Pei-tao, DONG Zhi-hong. ELASTIC ANALYTIC SOLUTION OF CIRCULAR CHAMBER SURROUNDING ROCK WITH VOID DEFECTS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
Citation: XU De-ming, WANG Yuan, HUANG Jing-qi, LI Qing-wen, WANG Pei-tao, DONG Zhi-hong. ELASTIC ANALYTIC SOLUTION OF CIRCULAR CHAMBER SURROUNDING ROCK WITH VOID DEFECTS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610

含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
基金项目: 国家自然科学基金项目(51608015);中央高校基本科研业务费专项资金项目(FRF-TP-17-074A1);973项目计划项目(2015CB057902)
详细信息
    作者简介:

    许德明(1995-),男,河北保定人,硕士生,主要从事隧道稳定性分析研究(E-mail:Demint_X@163.com);黄景琦(1988-),男,安徽亳州人,讲师,博士,主要从事岩体隧道等地下结构抗震性能研究(E-mail:huangjingqi11@163.com);李庆文(1986-),男,辽宁朝阳人,副教授,博士,主要从事爆破振动研究(E-mail:qingwenli1118@gmail.com);王培涛(1987-),男,河北沧州人,讲师,博士后,主要从事工程岩体稳定性与控制方面研究(E-mail:wangpeitao@ustb.edu.cn);董致宏(1994-),男,甘肃武威人,硕士生,主要从事块体理论、DDA方面研究(E-mail:1024060@qq.com).

    通讯作者: 王媛(1969-),女,江苏阜宁人,教授,博士,博导,主要从事岩土工程渗流理论与测试、裂隙岩体应力和渗流耦合等方面的教学与研究工作(E-mail:wangyuan@hhu.cn).
  • 中图分类号: U451

ELASTIC ANALYTIC SOLUTION OF CIRCULAR CHAMBER SURROUNDING ROCK WITH VOID DEFECTS

  • 摘要: 基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分布的影响。结果表明:硐室缺陷部位应力分布与无缺陷情况具有明显区别,在缺陷中部应力集中效应明显,但在硐室孔壁与缺陷相交部位应力明显较小,甚至会出现环向应力为拉应力的情况;较轻微的缺陷便可引起较大的应力集中现象,且随缺陷凸出程度的增加,缺陷中部应力集中现象明显加剧;随着缺陷凸出方向与最小主应力方向夹角的减小,缺陷中部的应力集中现象加剧;当缺陷凸出方向与最小主应力方向平行时,随围压应力比的减小缺陷处的应力集中程度增大,而两者处于垂直状态时,随围岩应力比的减小缺陷处的应力集中现象逐渐降低。因此,在实际工程应用中应充分考虑空洞缺陷所引起的应力集中现象的影响。
  • [1] 王飞, 赵晓勇, 马宏韬. 水平岩层隧道超挖原因及合理超挖数量分析[J]. 铁道工程学报, 2018, 35(4):75-80. Wang Fei, Zhao Xiaoyong, Ma Hongtao. Analysis of the overbreaking reason and reasonable overbreaking quantity in the horizontal rock stratum tunnel[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2018, 35(4):75-80. (in Chinese)
    [2] 杨柳, 耿占勇, 唐海军. 隧道超欠挖原因分析及控制措施[J]. 价值工程, 2017, 36(32):170-171. Yangliu, Geng Zhanyong, Tang Haijun. Cause analysis and control measures of tunnel over and under excavation[J].Value Engineering, 2017, 36(32):170-171. (in Chinese)
    [3] 管维威. 钻爆法隧道施工中的弹塑性力学问题分析[J]. 科技创业月刊, 2012, 25(7):176-178. Guan Weiwei. Analysis of elastoplastic mechanics in tunnel construction by drilling and blasting[J]. Pioneering with Science and Technology Monthly, 2012, 25(7):176-178. (in Chinese)
    [4] 孙振宇, 张项立, 房倩, 等. 基于超前加固的深埋隧道围岩力学特性研究[J]. 工程力学, 2018, 35(2):92-104. Sun Zhenyu, Zhang Xiangli, Fang Qian, et al. Research on the mechanical property of the surrounding rock of deep-buried tunnel based on the advanced reinforcement[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(2):92-104. (in Chinese)
    [5] 陈仁朋, 王诚杰, 鲁立, 等. 开挖对地铁盾构隧道影响及控制措施[J]. 工程力学, 2017, 34(12):1-13. Chen Renpeng, Wang Chengjie, Lu Li, et al. Influence of excavation on exist metro shield tunnel and control measures[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(12):1-13. (in Chinese)
    [6] Kargar A R, Rahmannejad R, Hajabasi M A. A semi-analytical elastic solution for stress field of lined non-circular tunnels at great depth using complex variable method[J]. International Journal of Solids & Structures, 2014, 51(6):1475-1482.
    [7] Wang H N, Zeng G S, Jiang M G, Analytical stress and displacement around non-circular tunnels in semi-infinite ground[J]. Applied Mathematical Modelling, 2018, 63(11):303-328.
    [8] 蔡美峰. 岩石力学与工程[M]. 第2版. 北京:科学出版社, 2013:283-302. Cai Meifeng. Rock mechanics and engineering[M]. Beijing:Science Press, 2013:283-302. (in Chinese)
    [9] 焦春茂, 吕爱钟. 粘弹性圆形巷道支护结构上的荷载及其围岩应力的解析解[J]. 岩土力学, 2004, 25(增刊1):103-106. Jiao Chunmao, Lv Aizhong. Analytical solution of loads on supporting structure for circular tunnel and stresses in viscoelastic surrounding rock[J]. Rock and Soil Mechanics, 2004, 25(Suppl 1):103-106. (in Chinese)
    [10] Wang H N, Zeng G S, Utili S, et al. Analytical solutions of stresses and displacements for deeply buried twin tunnels in viscoelastic rock[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2017, 93(3):13-29.
    [11] Muskhelishvili N I. Some basic problems of the mathematical theory of elasticity[M]. Leyden:Noordhoff International Publishing, 1953:28-164.
    [12] Zhao G, Yang S. Analytical solutions for rock stress around square tunnels using complex variable theory[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2015, 80(14):302-307.
    [13] 饶军应, 傅鹤林, 刘运思, 等. 管状填充性椭圆形溶洞的围岩应力弹性解析分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2015, 46(7):2605-2612. Rao Junying, Fu Helin, Liu Yunsi, et al. Stress analysis of rocks surrounding a tubular filled elliptical karst cave with complex function of elastic mechanics[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2015, 46(7):2605-2612. (in Chinese)
    [14] Evangelia Pelli, Alexandros I. Sofianos, Analytical calculation of the half space stress field around tunnels under seismic loading of SV waves[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2018, 79(9):150-174.
    [15] 皇甫鹏鹏, 伍法权, 郭松峰, 等. 基于边界点搜索的洞室外域映射函数求解法[J]. 岩土力学, 2011, 32(5):1418-1424. Huangfu Pengpeng, Wu Faquan, Guo Songfeng, et al. A new method for calculating mapping function of external area of cavern with arbitrary shape based on searching points on boundary[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(5):1418-1424. (in Chinese)
    [16] Wang H N, Zeng G S, Jiang M J. Analytical stress and displacement around non-circular tunnels in semi-infinite ground[J]. Applied Mathematical Modelling, 2018, 63(11):303-328.
    [17] 祝江鸿, 杨建辉, 施高萍, 等. 单位圆外域到任意开挖断面隧洞外域共形映射的计算方法[J]. 岩土力学, 2014, 35(1):175-183. Zhu Jianghong, Yang Jianhui, Shi Gaoping, et al. Calculating method for conformal mapping from exterior of unit circle to exterior of cavern with arbitrary excavation cross-section[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35(1):175-183. (in Chinese)
    [18] Lu A, Zhang N, Kuang L. Analytic solutions of stress and displacement for a non-circular tunnel at great depth including support delay[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2014, 70(6):69-81.
    [19] 王桂芳. 隧道计算:共同变形理论[M]. 成都:成都科技大学出版社, 1992. Wang Guifang. Tunnel computing:Theory of joint deformation[M]. Chengdu:Chengdu University of Science and Technology press, 1992. (in Chinese)
    [20] Xu M F, Wu S C, Gao Y T, et al. Analytical elastic stress solution and plastic zone estimation for a pressure-relief circular tunnel using complex variable methods[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2019, 84(2):381-398.
    [21] 陈峰宾, 张顶立, 张素磊. 采用逐次渐进法求解非圆形地下洞室映射函数[J]. 中国铁道科学, 2013, 34(2):80-86. Chen Fengbin, Zhang Dingli, Zhang Sulei. Solving the mapping function of noncircular underground cavern with the method of successive approximation[J]. China Railway Science, 2013, 34(2):80-86. (in Chinese)
    [22] 陆明万, 罗学富. 弹性理论基础.下册-第2版[M]. 北京:清华大学出版社, 2001:1-36. Lu Mingwan, Luo Xuefu. Fundamentals of elasticity theory. Volume II-Second Edition[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 2001:1-36. (in Chinese)
    [23] Мусхелишвили. 数学弹性力学的几个基本问题[M]. 北京:科学出版社, 1958. Мусхелишвили. A few basic problems in mathematical elasticity[M]. Beijing:Science Press, 1958. (in Chinese)
    [24] 陈子荫. 围岩力学分析中的解析方法[M]. 北京:煤炭工业出版社, 1994:43-87. Chen Zi Yin. Analytical method for mechanical analysis of surrounding rock[M]. Beijing:Coal Industry Press, 1994:43-87. (in Chinese)
    [25] 张镜剑, 傅冰骏. 岩爆及其判据和防治[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(10):2034-2042. Zhang Jingjian, Fu Bingjun. Rockburst and its criteria and control[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, 27(10):2034-2042. (in Chinese)
  • [1] 王怀忠.  轴向冲击作用下空心钢管混凝土桩应力波解析解 . 工程力学, 2017, 34(4): 101-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0793
    [2] 张大峰, 杨军, 李连友, 沈兆普.  考虑膨胀土地基膨胀率和刚度沿深度变化的桩-土共同作用解析解 . 工程力学, 2016, 33(12): 86-93. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0279
    [3] 闫维明, 石鲁宁, 何浩祥, 陈彦江.  带任意附加质量的变截面弹性支承梁动力特性的解析解 . 工程力学, 2016, 33(1): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0459
    [4] 洪兆徽, 刘润, 刘文彬, 闫澍旺.  双拱缺陷管线整体屈曲的解析解研究 . 工程力学, 2016, 33(3): 31-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0697
    [5] 彭守拙, 钟建文.  非均质围岩压力隧洞混凝土衬砌的初裂间距 . 工程力学, 2013, 30(1): 205-214. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0326
    [6] 徐华, 李世荣.  一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系 . 工程力学, 2012, 29(4): 161-167.
    [7] 韩大伟, 王安稳.  弹性压应力波作用下矩形薄板动力屈曲解析解 . 工程力学, 2012, 29(11): 12-015. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0204
    [8] 陈星烨 唐雪松.  均匀热流下导热裂纹II型温度应力强度因子的解析解 . 工程力学, 2012, 29(12): 34-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0256
    [9] 陈星烨, 唐雪松.  均匀热流作用下含裂纹板I 型温度应力强度因子的解析解 . 工程力学, 2012, 29(2): 39-44.
    [10] 李法雄, 聂建国.  钢-混凝土组合梁剪力滞效应弹性解析解 . 工程力学, 2011, 28(9): 1-008.
    [11] 吴顺川, 潘旦光, 高永涛.  深埋圆形巷道围岩和衬砌相互作用解析解 . 工程力学, 2011, 28(3): 136-142.
    [12] 吕念春, 李新刚, 程云虹, 程 靳.  不同载荷作用下Ⅲ型动态裂纹的解析解 . 工程力学, 2010, 27(增刊I): 34-038.
    [13] 彭守拙, 钟建文.  确定压力隧洞混凝土衬砌初裂间距的钢筋混凝土曲梁法 . 工程力学, 2010, 27(10): 90-095,.
    [14] 刘敏杰, 王银邦, 梅 宁.  含损伤缺陷悬臂梁的应力求解 . 工程力学, 2010, 27(03): 79-084.
    [15] 赵 波, 吕振华, 吕毅宁.  基于理论解的三种胶接接头简化有限元单元 . 工程力学, 2010, 27(7): 1-009,.
    [16] 钟阳, 张永山.  矩形悬臂厚板的解析解 . 工程力学, 2006, 23(2): 52-55,4.
    [17] 盛宏玉, 高荣誉.  非均匀变温时两端固支叠层闭口厚柱壳的热应力分析 . 工程力学, 2000, 17(4): 117-123.
    [18] 丁克伟, 唐立民.  层合开口桩壳热应力问题的解析解 . 工程力学, 1999, 16(3): 1-6,49.
    [19] 林银飞, 郑颖人.  弹塑性有限厚条法及工程应用 . 工程力学, 1997, 14(2): 108-113.
    [20] 赵德文, 任玉辉.  模面为圆的平面变形拔制上界理论解 . 工程力学, 1993, 10(4): 71-76.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  75
  • HTML全文浏览量:  2
  • PDF下载量:  41
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-13
  • 修回日期:  2019-03-20
  • 刊出日期:  2019-11-25

含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
    基金项目:  国家自然科学基金项目(51608015);中央高校基本科研业务费专项资金项目(FRF-TP-17-074A1);973项目计划项目(2015CB057902)
    作者简介:

    许德明(1995-),男,河北保定人,硕士生,主要从事隧道稳定性分析研究(E-mail:Demint_X@163.com);黄景琦(1988-),男,安徽亳州人,讲师,博士,主要从事岩体隧道等地下结构抗震性能研究(E-mail:huangjingqi11@163.com);李庆文(1986-),男,辽宁朝阳人,副教授,博士,主要从事爆破振动研究(E-mail:qingwenli1118@gmail.com);王培涛(1987-),男,河北沧州人,讲师,博士后,主要从事工程岩体稳定性与控制方面研究(E-mail:wangpeitao@ustb.edu.cn);董致宏(1994-),男,甘肃武威人,硕士生,主要从事块体理论、DDA方面研究(E-mail:1024060@qq.com).

    通讯作者: 王媛(1969-),女,江苏阜宁人,教授,博士,博导,主要从事岩土工程渗流理论与测试、裂隙岩体应力和渗流耦合等方面的教学与研究工作(E-mail:wangyuan@hhu.cn).
  • 中图分类号: U451

摘要: 基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分布的影响。结果表明:硐室缺陷部位应力分布与无缺陷情况具有明显区别,在缺陷中部应力集中效应明显,但在硐室孔壁与缺陷相交部位应力明显较小,甚至会出现环向应力为拉应力的情况;较轻微的缺陷便可引起较大的应力集中现象,且随缺陷凸出程度的增加,缺陷中部应力集中现象明显加剧;随着缺陷凸出方向与最小主应力方向夹角的减小,缺陷中部的应力集中现象加剧;当缺陷凸出方向与最小主应力方向平行时,随围压应力比的减小缺陷处的应力集中程度增大,而两者处于垂直状态时,随围岩应力比的减小缺陷处的应力集中现象逐渐降低。因此,在实际工程应用中应充分考虑空洞缺陷所引起的应力集中现象的影响。

English Abstract

许德明, 王媛, 黄景琦, 李庆文, 王培涛, 董致宏. 含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
引用本文: 许德明, 王媛, 黄景琦, 李庆文, 王培涛, 董致宏. 含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解[J]. 工程力学, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
XU De-ming, WANG Yuan, HUANG Jing-qi, LI Qing-wen, WANG Pei-tao, DONG Zhi-hong. ELASTIC ANALYTIC SOLUTION OF CIRCULAR CHAMBER SURROUNDING ROCK WITH VOID DEFECTS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
Citation: XU De-ming, WANG Yuan, HUANG Jing-qi, LI Qing-wen, WANG Pei-tao, DONG Zhi-hong. ELASTIC ANALYTIC SOLUTION OF CIRCULAR CHAMBER SURROUNDING ROCK WITH VOID DEFECTS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
参考文献 (25)

目录

    /

    返回文章
    返回