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注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

本站小编 Free考研考试/2021-12-04

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

周建1,蔡键2,杨帆2,杨新安1

(1.道路与交通工程教育部重点实验室(同济大学),上海 201804; 2.浙江温州沈海高速公路有限公司,浙江 温州 325000)



摘要:

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导. 通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义. 研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计. 研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.

关键词:  深埋隧洞  非线性渗流  围岩-注浆圈-衬砌  统一强度理论  水力梯度系数

DOI:10.11918/202004153

分类号:TV554

文献标识码:A

基金项目:国家自然科学基金(51178336); 浙江省交通运输厅科研计划(2017038)



Elastoplastic solution of tunnel with non-linear seepage under grouting and lining support

ZHOU Jian1,CAI Jian2,YANG Fan2,YANG Xin’an1

(1. Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education(Tongji University), Shanghai 201804, China; 2.Zhejiang Wenzhou Shenhai Expressway Co., Ltd., Wenzhou 325000, Zhejiang, China)

Abstract:

To explore the mechanical behaviors of surrounding rock-grouting ring-lining system in deep tunnel under non-linear seepage condition, Izbash non-linear seepage model was introduced and the hydraulic head distribution of surrounding rock-grouting ring-lining system was given. Based on the unified strength theory and considering the possible location of plastic zone, the displacement, stress, and radius of surrounding rock plastic zone under grouting and lining support were deduced theoretically. Theoretical results and numerical solutions were compared through an example and feasibility of the theoretical method was verified. The engineering significance for the supporting design of mountain tunnel with rich water considering non-linear seepage was further discussed. Results show that the influence of non-linear seepage on elastoplastic mechanical effect of tunnel was mainly reflected in the hydraulic gradient coefficient m1 of surrounding rock. In the process of the transition from low-speed non-linear seepage to high-speed non-linear seepage, the radius and displacement of plastic zone became larger, and the stress of surrounding rock decreased. The thickness design of grouting ring and lining support should be considered from the perspective of non-linear seepage of surrounding rock. The research results provide a theoretical basis for the support design of non-linear seepage tunnel.

Key words:  deep tunnel  non-linear seepage  surrounding rock-grouting ring-lining  unified strength theory  hydraulic gradient coefficient


周建, 蔡键, 杨帆, 杨新安. 注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2021, 53(3): 58-65. DOI: 10.11918/202004153.
ZHOU Jian, CAI Jian, YANG Fan, YANG Xin'an. Elastoplastic solution of tunnel with non-linear seepage under grouting and lining support[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2021, 53(3): 58-65. DOI: 10.11918/202004153.
基金项目 国家自然科学基金(51178336); 浙江省交通运输厅科研计划(2017038) 作者简介 周建(1992-),男,博士研究生;
杨新安(1964-),男,教授,博士生导师 通信作者 杨新安,xyang@tongji.edu.cn 文章历史 收稿日期: 2020-04-28



Abstract            Full text            Figures/Tables            PDF


注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解
周建1, 蔡键2, 杨帆2, 杨新安1    
1. 道路与交通工程教育部重点实验室(同济大学),上海 201804;
2. 浙江温州沈海高速公路有限公司,浙江 温州 325000

收稿日期: 2020-04-28
基金项目: 国家自然科学基金(51178336); 浙江省交通运输厅科研计划(2017038)
作者简介: 周建(1992-),男,博士研究生; 杨新安(1964-),男,教授,博士生导师
通信作者: 杨新安,xyang@tongji.edu.cn


摘要: 为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导. 通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义. 研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计. 研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.
关键词: 深埋隧洞    非线性渗流    围岩-注浆圈-衬砌    统一强度理论    水力梯度系数    
Elastoplastic solution of tunnel with non-linear seepage under grouting and lining support
ZHOU Jian1, CAI Jian2, YANG Fan2, YANG Xin'an1    
1. Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education(Tongji University), Shanghai 201804, China;
2. Zhejiang Wenzhou Shenhai Expressway Co., Ltd., Wenzhou 325000, Zhejiang, China



Abstract: To explore the mechanical behaviors of surrounding rock-grouting ring-lining system in deep tunnel under non-linear seepage condition, Izbash non-linear seepage model was introduced and the hydraulic head distribution of surrounding rock-grouting ring-lining system was given. Based on the unified strength theory and considering the possible location of plastic zone, the displacement, stress, and radius of surrounding rock plastic zone under grouting and lining support were deduced theoretically. Theoretical results and numerical solutions were compared through an example and feasibility of the theoretical method was verified. The engineering significance for the supporting design of mountain tunnel with rich water considering non-linear seepage was further discussed. Results show that the influence of non-linear seepage on elastoplastic mechanical effect of tunnel was mainly reflected in the hydraulic gradient coefficient m1 of surrounding rock. In the process of the transition from low-speed non-linear seepage to high-speed non-linear seepage, the radius and displacement of plastic zone became larger, and the stress of surrounding rock decreased. The thickness design of grouting ring and lining support should be considered from the perspective of non-linear seepage of surrounding rock. The research results provide a theoretical basis for the support design of non-linear seepage tunnel.
Keywords: deep tunnel    non-linear seepage    surrounding rock-grouting ring-lining    unified strength theory    hydraulic gradient coefficient    
随着中国公路、铁路隧道的交通建设蓬勃发展,山岭隧洞穿越富水环境的工况急剧增加[1-3],此环境中的深埋山岭隧洞主要采取“堵水限排”支护设计准则[4-5],一般通过“注浆圈+衬砌”的堵水方式实现. 现阶段,地下水在围岩中的渗流特征尚不明朗,设计人员不能准确把握水压隧洞支护设计[6]. 文献[7]指出:要在堵水限排情况下进行衬砌结构设计研究,必须从理论上研究水作用下围岩和衬砌结构的力学特征,弄清二者相互作用的机制,才能合理提供隧洞支护设计参数. 关于隧洞在渗流条件下围岩与支护结构的作用理论解析国内外诸多学者进行了研究,如文献[8]基于广义有效应力原理,提出了水压隧洞不同类型衬砌与围岩作用的解析解;文献[9]将数值试验与解析解相结合,为深埋隧道在地下水包围下初期支护与二次衬砌的初步设计提供了合理的途径;文献[10]研究了考虑衬砌和渗流场作用下海底隧道的弹塑性位移和应力解析解;文献[11]推导了围岩、注浆圈、衬砌和地下水共同作用下隧洞的弹塑性解,并提出了最优注浆圈厚度的确定方法;文献[12]基于统一强度理论,给出隧洞渗流压力、衬砌、注浆与岩体的相互作用的弹塑性解;以上支护设计研究均是基于达西定律基础上进行的,部分试验[13-14]表明:致密砂岩、破碎岩石等介质中的渗流呈现明显的非达西流特征. 为了得到合理的支护设计,必须分析岩土材料的渗流属于线性还是非线性,部分学者对非线性渗流进行了研究,如文献[15]建立二次型高速非达西本构模型,预测了深埋隧洞的涌水量;文献[16]开展了不同颗粒粒径多孔介质在高水力梯度条件下的高速非线性渗流规律试验研究,并确定了非线性渗流模型参数与颗粒粒径之间的关系;文献[17]建立岩体破坏突水非达西渗流模型,模拟了突水瞬态流动全过程,并认为岩体破坏突水问题采用非达西流模型计算十分必要;文献[18]进行了切向位移作用下粗糙单裂隙的高速非达西渗流数值模拟分析,并给出了非线性渗流模型的经验公式;文献[19]建立了粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型并通过试验验证;文献[20]建立了低渗透岩石非线性渗流的运动方程,并通过实验数值验证了所建立运动方程的正确性.

综上所述,岩石渗流可能是低速非线性的、线性的,或是高速非线性的,这取决于地下水在围岩中的分布和隧洞开挖岩体破坏程度. 目前,关于隧洞围岩非线性渗流理论分析鲜少被关注,因此,亟待给出隧洞处于低速非线性渗流或是高速非线性渗流状态下的弹塑性解析解,以便精确地指导隧洞支护设计. 本文将Izbash非线性渗流模型引入隧洞渗流理论,基于统一强度理论,推导深埋隧洞在注浆、衬砌作用下的应力场和位移场解析公式,并讨论了非线性渗流对隧洞围岩应力、位移和塑性区半径的影响.

1 理论基础 1.1 力学模型及基本假定建立如图 1所示的圆形隧洞力学模型,并作出如下假定:1)深埋隧洞处于地下水包围中;2)围岩为均质﹑各向同性的连续介质;3)水流经围岩和支护材料时流向以径向为主;4)初始地应力为p0rpr3r2r1分别为塑性区半径、衬砌内半径、衬砌外半径和注浆圈外半径,rw为远场水头半径,文献[21]认为隧洞远场水头半径rw一般大于30倍r1时,可保证工程精度,因此,可将隧洞在rw处的径向应力视为p0,围岩远场、弹塑性区边界、注浆圈外边界、衬砌外边界、衬砌内边界的水头分别为hwhph1h2h3,围岩、注浆圈和衬砌的渗透系数分别为k1k2k3,围岩与注浆圈、注浆圈与衬砌、衬砌内边界和塑性区边界处的压力分别为p1p2p3pp.

Fig. 1
图 1 力学模型 Fig. 1 Mechanical model


1.2 渗流场水头分析本文考虑的非线性渗流即围岩(或注浆圈、衬砌)的水力梯度呈非线性变化,因围岩远场水压与衬砌内水压可确定,则在边界处水头[22]

${h_s} = \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{h_{\rm{w}}}, r = {r_{\rm{w}}};}\\{{h_1}, r = {r_1};}\\{{h_2}, r = {r_2};}\\{{h_3}, r = {r_3}.}\end{array}} \right.$ (1)

式中:hs为不同位置处的水头,hs=ps/γ,其中ps为不同位置处的水压力,γ为地下水重度. 水头一般通过监测水压并根据水头、水压的关系式获得.

幂函数型Izbash方程因其公式简单明了被广泛应用于研究岩土材料的非线性渗流特征,Izbash方程的水力梯度公式[23]

${J_s} = {A_s}{v_s}^{{m_s}}.$ (2)

式中:s=1、2、3,分别代表围岩、注浆圈和衬砌材料;J1J2J3分别为围岩、注浆圈和衬砌内某点水力梯度;A1m1为围岩的水力梯度待定系数,A2m2为注浆圈的水力梯度待定系数,A3m3为衬砌的水力梯度待定系数,其中1<m1<2时,式(2)反映了显著的惯性效应而导致的非线性渗流特征,当0<m1(或m2m3)<1时,式(2)反映了低渗透岩石介质中固液界面效应导致的非线性渗流特征,而当m1(或m2m3)=1时,式(2)服从达西定律;v1v2v3分别为围岩、注浆圈、衬砌内某点渗流速度.

根据文献[24],平面径向渗流速度方程有

$\frac{\partial v_{s}}{\partial r}+\frac{v_{s}}{r}=0 .$ (3)

式中r为任意一点距离洞心的距离.

求解式(3),代入式(2)后等式两边积分,并根据Js=?hs/?r,可得

$h_{s}=\frac{A_{s} {c_{1}}^{m_{s}}}{1-m_{s}} r^{1-m_{s}}+c_{2}.$ (4)

式中c1c2均为待定系数.

r1 < r < rw时,由式(1)中边界条件hs|r=rw =hwhs|r=r1 =h2,有

$\left\{\begin{array}{l}\frac{A_{s} c_{1}{ }^{m_{s}}}{1-m_{s}} r_{\mathrm{w}}^{1-m_{s}}+c_{2}=h_{\mathrm{w}}, \\\frac{A_{s} c_{1}{ }^{m_{s}}}{1-m_{s}} r_{1}^{1-m_{s}}+c_{2}=h_{2}.\end{array}\right.$ (5)

式(5)为二元一次方程,可解出Asc1msc2,代入式(4)继而求出hs. 同理,r2 < r < r1r3 < r < r2时的hs解法参照上述方法. 则有

$h_{s}=\left\{\begin{array}{l}\frac{h_{1}\left(r_{\mathrm{w}}^{1-m_{1}}-r^{1-m_{1}}\right)+h_{\mathrm{w}}\left(r^{1-m_{1}}-r_{1}^{1-m_{1}}\right)}{r_{\mathrm{w}}^{1-m_{1}}-r_{1}^{1-m_{1}}}, r_{1}<r<r_{w}; \\\frac{h_{2}\left(r_{1}^{1-m_{2}}-r^{1-m_{2}}\right)+h_{1}\left(r^{1-m_{2}}-r_{2}^{1-m_{1}}\right)}{r_{1}^{1-m_{2}}-r_{2}^{1-m_{2}}}, r_{2}<r<r_{1}; \\\frac{h_{3}\left(r_{2}^{1-m_{1}}-r^{1-m_{2}}\right)+h_{2}\left(r^{1-m_{3}}-r_{3}^{1-m_{3}}\right)}{r_{2}^{1-m_{3}}-r_{3}^{1-m_{3}}}, r_{3}<r<r_{2}.\end{array}\right.$ (6)

1.3 统一强度理论统一强度理论自俞茂宏创立以来,广泛应用于岩石、混凝土等拉压特性不同的材料,弥补了Mohr-Coulomb准则未能考虑中间主应力致使计算结果偏于保守的遗憾. 统一强度理论在平面应变状态下的表达式为

$\left\{\begin{array}{l}\frac{\sigma_{1}-\sigma_{3}}{2}=\frac{\sigma_{1}+\sigma_{3}}{2} \sin \varphi_{t}+c_{t} \cos \varphi_{t}, \\\sin \varphi_{t}=\frac{2(1+b) \sin \varphi}{1+b(1+\sin \varphi)}, \\c_{t}=\frac{2(1+b) c \cos \varphi}{2+b(1+\sin \varphi)} \frac{1}{\cos \varphi_{t}}.\end{array}\right.$ (7)

式中:σ1σ3为第一主应力、第三主应力;cφ为材料粘聚力、内摩擦角,ctφt为材料统一粘聚力、内摩擦角,将围岩、注浆圈和衬砌的粘聚力分别设为c1c2c3及内摩擦角分别设为φ1φ2φ3,则材料统一粘聚力可对应为ct1ct2ct3,材料统一内摩擦角对应为φt1φt2φt3b为参数,反映中间主应力对材料强度的影响程度,取值为0≤b≤1, b的具体值可根据材料的力学试验确定.

假设σθ(径向有效应力) > σr(切向有效应力),令σ1=σθσ3=σr,则式(7)中第1式可改写为

$\frac{{{\sigma _\theta } - {\sigma _r}}}{2} = \frac{{{\sigma _\theta } + {\sigma _r}}}{2}\sin {\varphi _{\rm{t}}} + {c_{\rm{t}}}\cos {\varphi _{\rm{t}}}.$ (8)

2 非线性渗流作用下的隧洞围岩应力、位移分析根据弹性力学理论,材料考虑渗透力时的平衡微分方程为

$\frac{\mathrm{d} \sigma_{r}}{\mathrm{~d} r}+\frac{\sigma_{r}-\sigma_{\theta}}{r}+F_{\mathrm{w}}=0.$ (9)

式中:σrσθ分别为材料径向与切向有效应力;Fw为渗透力,$F_{\mathrm{w}}=-\alpha \gamma \frac{\mathrm{d} h}{\mathrm{~d} r} $,其中α为材料等效孔隙水压力系数,由于岩石的孔隙特性不同于松散体介质,太沙基的有效孔隙应力原理需修正[25].

几何方程为

$\left\{\begin{array}{l}\varepsilon_{\theta}=\frac{u}{r}, \\\varepsilon_{r}=\frac{\mathrm{d} u}{\mathrm{~d} r}.\end{array}\right.$ (10)

式中u为材料的径向位移.

弹性区服从虎克定律的平面应力应变方程为

$\left\{\begin{array}{l}\sigma_{r}=\frac{E_{j}\left(1-\mu_{j}\right)}{\left(1+\mu_{j}\right)\left(1-2 \mu_{j}\right)}\left(\frac{\mathrm{d} u}{\mathrm{~d} r}+\frac{\mu_{j}}{1-\mu_{j}} \frac{u}{r}\right), \\\sigma_{\theta}=\frac{E_{j}\left(1-\mu_{j}\right)}{\left(1+\mu_{j}\right)\left(1-2 \mu_{j}\right)}\left(\frac{u}{r}+\frac{\mu_{j}}{1-\mu_{j}} \frac{\mathrm{d} u}{\mathrm{~d} r}\right).\end{array}\right.$ (11)

式中:Ejμj分别为弹性模量和泊松比,且围岩、注浆圈和衬砌的弹性模量分别为E1E2E3,围岩、注浆圈和衬砌的泊松比分别为μ1μ2μ3.

2.1 弹塑性交界处位于衬砌内将式(9)与式(11)联立,并根据边界条件${\left. {{\sigma _r}} \right|_{r = {r_{\rm{w}}}}} = - {p_0}, {\left. {{\sigma _r}} \right|_{r = {r_1}}} = - {p_1}, $${\left. {{\sigma _r}} \right|_{r = {r_2}}} = - {p_2}, {\left. {{\sigma _r}} \right|_{r = {r_{\rm{p}}}}} = - {p_{\rm{p}}} $, 围岩、注浆圈和衬砌有弹性位移分别为

$u_{11}=\frac{\left(1+\mu_{1}\right)\left(1-2 \mu_{1}\right)}{E_{1}}\left(a_{11} r+\frac{b_{11}}{r}+\lambda_{11} r^{2-m_{1}}\right), $ (12)

$u_{12}=\frac{\left(1+\mu_{2}\right)\left(1-2 \mu_{2}\right)}{E_{2}}\left(a_{12} r+\frac{b_{12}}{r}+\lambda_{12} r^{2-m_{2}}\right), $ (13)

$u_{13}=\frac{\left(1+\mu_{3}\right)\left(1-2 \mu_{3}\right)}{E_{3}}\left(a_{13} r+\frac{b_{13}}{r}+\lambda_{13} r^{2-m_{3}}\right) .$ (14)

式中:$a_{11}=-p_{0}-\lambda_{11}\left(2-m_{1}+\frac{\mu_{1}}{1-\mu_{1}}\right) r_{\mathrm{w}}^{1-m_{1}}, $

$b_{11}=\lambda_{11}\left(2-m_{1}+\frac{\mu_{1}}{1-\mu_{1}}\right)\left(r_{1}^{1-m_{1}}-r_{\mathrm{w}}^{1-m_{1}}\right) , $

$\lambda_{11}=\frac{\alpha r_{\mathrm{w}}\left(h_{1}-h_{\mathrm{w}}\right)}{\left(1-\mu_{1}\right)\left(m_{1}-3\right)\left[\left(r_{\mathrm{w}}^{1-m_{1}}-r_{1}^{1-m_{1}}\right)\right]}, $

$a_{12}=-p_{1}-\lambda_{12}\left(2-m_{2}+\frac{\mu_{2}}{1-\mu_{2}}\right) r_{1}^{1-m_{2}}, $

$b_{12}=\lambda_{12}\left(2-m_{2}+\frac{\mu_{2}}{1-\mu_{2}}\right)\left(r_{2}^{1-m_{2}}-r_{1}^{1-m_{2}}\right), $

$\lambda_{12}=\frac{\alpha r_{\mathrm{w}}\left(h_{2}-h_{1}\right)}{\left(1-\mu_{2}\right)\left(m_{2}-3\right)\left[\left(r_{1}^{1-m_{2}}-r_{2}^{1-m_{2}}\right)\right]}, $

$a_{13}=-p_{2}-\lambda_{13}\left(2-m_{3}+\frac{\mu_{3}}{1-\mu_{3}}\right) r_{2}^{1-m_{3}}, $

$b_{13}=\lambda_{13}\left(2-m_{3}+\frac{\mu_{3}}{1-\mu_{3}}\right)\left(r_{\mathrm{p}}^{1-m_{3}}-r_{2}^{1-m_{3}}\right), $

$\lambda_{13}=\frac{\alpha r_{\mathrm{w}}\left(h_{\mathrm{p}}-h_{2}\right)}{\left(1-\mu_{3}\right)\left(m_{3}-3\right)\left[\left(r_{2}^{1-m_{3}}-r_{\mathrm{p}}^{1-m_{3}}\right)\right]} .$

其中hp在所处材料中按照差值法计算.

将式(12)~(14)代入式(11),则围岩、注浆圈和衬砌径向、切向应力分别为

$\left\{\begin{array}{l}\sigma_{r 11}=a_{11}+b_{11}\left(\frac{r_{1}}{r}\right)^{2}+\lambda_{11} r^{1-m_{1}}\left[\left(2-m_{1}\right)\left(1-\mu_{1}\right)+\mu_{1}\right], \\\sigma_{\theta 11}=a_{12}-b_{12}\left(\frac{r_{1}}{r}\right)^{2}+\lambda_{11} r^{1-m_{1}}\left[1+\mu_{1}\left(1-m_{1}\right)\right] .\end{array}\right.$ (15)

$\left\{\begin{array}{l}\sigma_{r \mathrm{12}}=a_{\mathrm{12}}+b_{\mathrm{12}}\left(\frac{r_{2}}{r}\right)^{2}+\lambda_{\mathrm{12}} r^{1-m_{2}}\left[\left(2-m_{2}\right)\left(1-\mu_{2}\right)+\mu_{2}\right], \\\sigma_{\theta 12}=a_{12}-b_{12}\left(\frac{r_{2}}{r}\right)^{2}+\lambda_{12} r^{1-m_{2}}\left[1+\mu_{2}\left(1-m_{2}\right)\right].\end{array}\right.$ (16)

$\left\{\begin{array}{l}\sigma_{r 13}=a_{13}+b_{13}\left(\frac{r_{\mathrm{p}}}{r}\right)^{2}+\lambda_{13} r^{1-m_{3}}\left[\left(2-m_{3}\right)\left(1-\mu_{3}\right)+\mu_{3}\right], \\\sigma_{\theta 13}=a_{13}-b_{13}\left(\frac{r_{\mathrm{p}}}{r}\right)^{2}+\lambda_{13} r^{1-m_{3}}\left[1+\mu_{3}\left(1-m_{3}\right)\right].\end{array}\right.$ (17)

将式(8)与式(9)联立,并根据边界条件σr|r=r3 =-p3,则衬砌内塑性径向、切向应力分别为

$\left\{\begin{array}{l}\sigma_{r \mathrm{p} 14}=c_{\mathrm{t} 3} \cot \varphi_{\mathrm{t} 3}+B_{1} r^{1-m_{3}}-\left(p_{3}+c_{\mathrm{t} 3} \cot \varphi_{\mathrm{t} 3}+\right. \\\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \left.B_{1} r_{3}^{1-m_{3}}\right)\left(\frac{r}{r_{3}}\right)^{-\frac{2 \sin \varphi_{\mathrm{t} 3}}{1-\sin \varphi_{\mathrm{t} 3}}}, \\\sigma_{\theta \mathrm{p} 14}=-\frac{1+\sin \varphi_{\mathrm{t} 3}}{1-\sin \varphi_{\mathrm{t} 3}}\left[\left(p_{3}+c_{\mathrm{t} 3} \cot \varphi_{\mathrm{t} 3}+B_{1} r_{3}^{1-m_{3}}\right)\right. \\\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \left.\left(\frac{r}{r_{3}}\right)^{-\frac{2 \sin \varphi_{\mathrm{t} 3}}{1-\sin \varphi_{\mathrm{t} 3}}}-B_{1} r^{1-m_{3}}\right]+c_{\mathrm{t} 3} \cot \varphi_{\mathrm{t} 3} .\end{array}\right.$ (18)

式中

${B_1} = \frac{{{k_3}{r_{\rm{w}}}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t3}}}}} \right)\left( {1 - {m_3}} \right)\left( {{h_3} - {h_2}} \right)}}{{\left[ {3\sin {\varphi _{{\rm{t3}}}} + 1 - {m_3}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t3}}}}} \right)} \right]\left( {r_2^{1 - {m_3}} - {r_3}} \right)}}.$

假定材料塑性阶段体积应变为0,根据几何方程式(10),则衬砌塑性区位移为

$u_{14}=\left.\frac{r_{\mathrm{p}}}{r} u_{13}\right|_{r=r_{\mathrm{p}}} .$ (19)

联立式(12)~(14),并根据位移在边界处连续:

$\left.u_{11}\right|_{r=r_{1}}=\left.u_{12}\right|_{r=r_{2}}.$ (20)

可求得p1p2. 将衬砌内压p3视为0,由径向应力连续:

$\left.\sigma_{r 3}\right|_{r=r_{\mathrm{p}}}=\left.\sigma_{r \mathrm{p} 4}\right|_{r=r_{\mathrm{p}}}.$ (21)

可求得rp,从而获得围岩应力,下文参照此法求p1p2rp.

2.2 弹塑性交界处位于注浆圈内围岩仍处于弹性状态,则围岩位移u21=u11,围岩径向、切向应力σr21=σr11σθ21=σθ11. 将式(9)代入式(11),根据边界条件σr|r=r1=-p1σr|r=rp=-pp, 注浆圈弹性部分位移为

$u_{22}=\frac{\left(1+\mu_{2}\right)\left(1-2 \mu_{2}\right)}{E_{2}}\left(a_{22} r+\frac{b_{22}}{r}+\lambda_{22} r^{2-m_{2}}\right) .$ (22)

式中:$a_{22}=-p_{1}-\lambda_{22}\left(2-m_{2}+\frac{\mu_{2}}{1-\mu_{2}}\right) r_{1}^{1-m_{2}}, $

$b_{22}=\lambda_{22}\left(2-m_{2}+\frac{\mu_{2}}{1-\mu_{2}}\right)\left(r_{\mathrm{p}}^{1-m_{2}}-r_{1}^{1-m_{2}}\right), $

$\lambda_{22}=\frac{\alpha r_{\mathrm{w}}\left(h_{\mathrm{p}}-h_{1}\right)}{\left(1-\mu_{2}\right)\left(m_{2}-3\right)\left[\left(r_{1}^{1-m_{2}}-r_{\mathrm{p}}^{1-m_{2}}\right)\right]} .$

材料塑性阶段位移参照式(19), 则注浆圈、衬砌塑性部分位移分别为

$u_{23}=\left.\frac{r_{\mathrm{p}}}{r} u_{22}\right|_{r=r_{\mathrm{p}}}, $ (23)

$u_{24}=\left.\frac{r_{2}}{r} u_{23}\right|_{r=r_{2}}.$ (24)

将式(22)代入式(11),将式(8)代入式(9),并根据边界条件σr|r=r2 =-p2σr|r=r3 =-p3,注浆圈弹性部分、注浆圈塑性部分和衬砌的径向、切向应力分别为

$\left\{\begin{array}{l}\sigma_{r 22}=a_{22}+b_{22}\left(\frac{r_{2}}{r}\right)^{2}+\lambda_{22} r^{1-m_{2}}\left[\left(2-m_{2}\right)\left(1-\mu_{2}\right)+\mu_{2}\right], \\\sigma_{\theta 22}=a_{22}-b_{22}\left(\frac{r_{2}}{r}\right)^{2}+\lambda_{22} r^{1-m_{2}}\left[1+\mu_{2}\left(1-m_{2}\right)\right] .\end{array}\right.$ (25)

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{\sigma _{r{\rm{p}}23}} = {c_{{\rm{t2}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t2}}}} + {B_2}{r^{1 - {m_2}}} - \left( {{p_2} + {c_{{\rm{t2}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t2}}}} + {B_2}r_2^{1 - {m_2}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_2}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}}}}}, }\\{{\sigma _{{\theta _{{\rm{p}}23}}}} = - \frac{{1 + \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}}}\left[ {\left( {{p_2} + {c_{{\rm{t2}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t2}}}} + {B_2}r_2^{1 - {m_2}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_3}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}}}}} - {B_2}{r^{1 - {m_2}}}} \right] + {c_{{\rm{t2}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t2}}}}.}\end{array}} \right.$ (26)

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{\sigma _{r{\rm{p}}24}} = {c_{{\rm{t}}3}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}3}} + {B_3}{r^{1 - {m_3}}} - \left( {{p_3} + {c_{{\rm{t}}3}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}3}} + {B_3}r_3^{1 - {m_3}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_3}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t}}3}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t}}3}}}}}}, }\\{{\sigma _{\theta {\rm{p}}24}} = - \frac{{1 + \sin {\varphi _{{\rm{t}}3}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t}}3}}}}\left[ {\left( {{p_3} + {c_{{\rm{t}}3}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}3}} + {B_3}r_3^{1 - {m_3}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_3}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t}}3}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t}}3}}}}}} - {B_3}{r^{1 - {m_3}}}} \right] + {c_{{\rm{t}}3}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}3}}.}\end{array}} \right.$ (27)

式中:

${{B_2} = \frac{{{k_2}{r_{\rm{w}}}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}} \right)\left( {1 - {m_2}} \right)\left( {{h_2} - {h_1}} \right)}}{{\left[ {3\sin {\varphi _{{\rm{t2}}}} + 1 - {m_2}\left( {1 + \sin {\varphi _{12}}} \right)} \right]\left( {r_1^{1 - {m_2}} - {r_2}} \right)}}, }$

${{B_3} = \frac{{{k_3}{r_{\rm{w}}}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t3}}}}} \right)\left( {1 - {m_3}} \right)\left( {{h_3} - {h_2}} \right)}}{{\left[ {3\sin {\varphi _{{\rm{t3}}}} + 1 - {m_3}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t3}}}}} \right)} \right]\left( {r_2^{1 - {m_3}} - {r_3}} \right)}}.}$

2.3 弹塑性交界处位于围岩内将式(9)与式(11)联立,并根据边界条件σr|r=rw =-p0σr|r=rp =-pp,围岩弹性位移有

${u_{31}} = \frac{{\left( {1 + {\mu _1}} \right)\left( {1 - 2{\mu _1}} \right)}}{{{E_1}}}\left( {{a_{31}}r + \frac{{{b_{31}}}}{r} + {\lambda _{31}}{r^{2 - {m_1}}}} \right).$ (28)

式中:

${{a_{31}} = - {p_0} - {\lambda _{31}}\left( {2 - {m_1} + \frac{{{\mu _1}}}{{1 - {\mu _1}}}} \right)r_{\rm{w}}^{1 - {m_1}}, }$

${{b_{31}} = {\lambda _{31}}\left( {2 - {m_1} + \frac{{{\mu _1}}}{{1 - {\mu _1}}}} \right)\left( {r_{\rm{p}}^{1 - {m_1}} - r_{\rm{w}}^{1 - {m_1}}} \right), }$

${{\lambda _{31}} = \frac{{\alpha {r_{\rm{w}}}\left( {{h_{\rm{p}}} - {h_{\rm{w}}}} \right)}}{{\left( {1 - {\mu _1}} \right)\left( {{m_1} - 3} \right)\left[ {\left( {r_{\rm{w}}^{1 - {m_1}} - r_{\rm{p}}^{1 - {m_1}}} \right)} \right]}}.}$

材料塑性阶段位移参照式(19), 则围岩、注浆圈和衬砌塑性部分位移分别为

${{u_{32}} = {{\left. {\frac{{{r_{\rm{p}}}}}{r}{u_{31}}} \right|}_{r = {r_{\rm{p}}}}}, }$ (29)

${{u_{33}} = {{\left. {\frac{{{r_1}}}{r}{u_{32}}} \right|}_{r = {r_1}}}, }$ (30)

${{u_{34}} = {{\left. {\frac{{{r_2}}}{r}{u_{33}}} \right|}_{r = {r_2}}}.}$ (31)

将式(28)代入式(11),围岩弹性部分径向、切向应力分别为

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{\sigma _{r31}} = {a_{31}} + {b_{31}}{{\left( {\frac{{{r_{\rm{p}}}}}{r}} \right)}^2} + {\lambda _{31}}{r^{1 - {m_1}}}\left[ {\left( {2 - {m_1}} \right)\left( {1 - {\mu _1}} \right) + {\mu _1}} \right], }\\{{\sigma _{\theta 31}} = {a_{31}} - {b_{31}}{{\left( {\frac{{{r_{\rm{p}}}}}{r}} \right)}^2} + {\lambda _{31}}{r^{1 - {m_1}}}\left[ {1 + {\mu _1}\left( {1 - {m_1}} \right)} \right].}\end{array}} \right.$ (32)

将式(8)代入式(9),并根据边界条件σr|r=r2 =-p2σr|r=r3 =-p3,围岩塑性部分和注浆圈的径向、切向应力分别为

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{\sigma _{r{\rm{p}}32}} = {c_{{\rm{t1}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t1}}}} + {B_4}{r^{1 - {m_1}}} - \left( {{p_1} + {c_{{\rm{t1}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t1}}}} + {B_4}r_1^{1 - {m_1}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_1}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t1}}}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t1}}}}}}}}, }\\{{\sigma _{\theta {\rm{p}}32}} = - \frac{{1 + \sin {\varphi _{{\rm{t1}}}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t1}}}}}}\left[ {\left( {{p_1} + {c_{{\rm{t1}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t1}}}} + {B_4}r_1^{1 - {m_1}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_1}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t1}}}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t1}}}}}}}} - {B_4}{r^{1 - {m_1}}}} \right] + {c_{{\rm{t1}}}}\cot {\varphi _{{\rm{t1}}}};}\end{array}} \right.$ (33)

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{\sigma _{r{\rm{p}}33}} = {c_{{\rm{t}}2}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}2}} + {B_5}{r^{1 - {m_2}}} - \left( {{p_2} + {c_{{\rm{t}}2}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}2}} + {B_5}r_2^{1 - {m_2}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_2}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t}}2}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t}}2}}}}}}, }\\{{\sigma _{\theta {\rm{p}}33}} = - \frac{{1 + \sin {\varphi _{{\rm{t}}2}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t}}2}}}}\left[ {\left( {{p_2} + {c_{{\rm{t}}2}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}2}} + {B_5}r_2^{1 - {m_2}}} \right){{\left( {\frac{r}{{{r_2}}}} \right)}^{ - \frac{{2\sin {\varphi _{{\rm{t}}2}}}}{{1 - \sin {\varphi _{{\rm{t}}2}}}}}} - {B_5}{r^{1 - {m_2}}}} \right] + {c_{{\rm{t}}2}}\cot {\varphi _{{\rm{t}}2}}.}\end{array}} \right.$ (34)

式中:

${{B_4} = \frac{{{k_1}{r_{\rm{w}}}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t}}1}}} \right)\left( {1 - {m_1}} \right)\left( {{h_1} - {h_{\rm{p}}}} \right)}}{{\left[ {3\sin {\varphi _{{\rm{t}}1}} + 1 - {m_1}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t}}1}}} \right)} \right]\left( {r_{\rm{p}}^{1 - {m_1}} - {r_1}} \right)}}, }$

${{B_5} = \frac{{{k_2}{r_{\rm{w}}}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}} \right)\left( {1 - {m_2}} \right)\left( {{h_2} - {h_1}} \right)}}{{\left[ {3\sin {\varphi _{{\rm{t2}}}} + 1 - {m_2}\left( {1 + \sin {\varphi _{{\rm{t2}}}}} \right)} \right]\left( {r_1^{1 - {m_2}} - {r_2}} \right)}}.}$

衬砌的径向、切向应力与式(27)相同,即σrp34= σrp24σθp34=σθp24.

3 实例验证为了验证本文的理论解答,借助文献[15]实例参数, 隧洞衬砌内半径r1=4 m、外半径r2=5 m,注浆圈外半径r3=5.2 m, 初始地应力p0=10 MPa, 远场水头半径rw=200 m,α=1,远场水压力pw=1 MPa, 地下水重度γ=10 kN/m3h1=50 m,h2=h3=0 m,围岩、注浆圈和衬砌参数见表 1.

表 1
表 1 围岩、注浆圈和衬砌参数 Tab. 1 Parameters of surrounding rock, grouting ring, and lining 材料 粘聚力/MPa 弹性模量/GPa 内摩擦角/(°) 泊松比 渗透系数/(m·s-1)

围岩 1.0 10 40 0.25 5×10-4

注浆圈 1.5 10 40 0.25 1×10-7

衬砌 5.0 25 45 0.15 1×10-8



表 1 围岩、注浆圈和衬砌参数 Tab. 1 Parameters of surrounding rock, grouting ring, and lining


理论计算时,将隧道已知参数代入上述公式,当求得塑性区半径rp与某一种弹塑性边界情况一致时,则位移场与应力场按照该情况计算.

利用ABAQUS有限元软件模拟文献[15]工况,为了减少模型边界效应,建立模型如图 3所示,模型为210 m×210 m监测断面为隧洞纵向中心断面. 为模拟隧洞的非线性渗流,根据地下水流速公式:

Fig. 2
图 2 隧道模型图 Fig. 2 Diagram of tunnel model


Fig. 3
图 3 本文方法得到的塑性区半径与Li解对比图 Fig. 3 Comparison between radius of plastic zone obtained by proposed method and Li's solution


${k_s}{J_s} = {v_s}, $ (35)

式中ks为材料的渗透系数,并结合式(2)可得

${k_s}{A_s} = v_s^{1 - {m_s}}.$ (36)

假设在隧洞远端的渗流速度vs和水力梯度参数As一定,且取vs为1×10-4 m/s,根据式(36),可得m1=0.5、m1=1.5的围岩等效渗透系数分别为5×10-6 m/s、0.05 m/s,则隧洞监测断面洞壁的位移、切向应力的数值解与本文理论解对比见表 2、3.

表 2
表 2 隧洞洞壁位移对比 Tab. 2 Contrast of tunnel top displacement m1 洞壁位移/mm

数值解 理论解

0.5 15.3 15.8

1.0 18.1 19.1

1.5 21.7 23.6



表 2 隧洞洞壁位移对比 Tab. 2 Contrast of tunnel top displacement


表 3
表 3 隧洞切向应力对比 Tab. 3 Contrast of tunnel tangential stress m1 切向应力/MPa

数值解 理论解

0.5 -7.8 -6.7

1.0 -7.3 -6.7

1.5 -6.9 -6.7



表 3 隧洞切向应力对比 Tab. 3 Contrast of tunnel tangential stress


从表 2可以看出,本文理论解较数值解略大,随着m1增大,洞壁位移误差在8.8%以内,隧洞切向应力误差最大为14.1%,理论解与数值解吻合性较好,验证了理论解的可靠性.

4 非线性渗流对隧洞塑性区半径、围岩应力和位移的影响一般来说,材料的渗透系数越小,水流穿过材料裂隙的难度越大,水力梯度待定系数越小,由于表 1中注浆圈和衬砌的渗透系数远小于围岩,不难判断,m1值大于m2m3,假设m2=m3,分析非线性渗流对隧洞塑性区半径、围岩应力和位移的影响,如图 3、4、5所示.

Fig. 4
图 4 考虑非线性渗流的隧洞应力分布 Fig. 4 Stress distribution of tunnel considering non-linear seepage


Fig. 5
图 5 隧洞位移与支护厚度曲线 Fig. 5 Curves of tunnel displacement and support thickness


从图 3可以看出,随着b值增大,塑性区半径rp逐渐减小且最大减小幅度为13.2%,而工程实践中rp的精确性直接影响支护结构设计,说明考虑中间主应力是必要的,否则误差较大;m1rp值的影响远大于m2m3,且m1越大rp越大. 根据上述分析,图 4仅探讨m1对围岩应力的影响,因此假定m2=m3=0.4. 当b=0.4时,随着m1越大,围岩径向、切向应力越小. 结合图 3和图 4,当m1=1.0、m2=m3=0.4时,围岩渗流服从达西定律,塑性区半径、围岩应力与文献[15]较为接近,从而进一步验证了本文理论方法的可行性. 综上所述,当围岩渗流为高渗透性非线性渗流时,若采用达西定律则低估塑性区半径、高估实际围岩应力,不利于支护设计;围岩渗流为低渗透性非线性渗流时,达西定律计算得到塑性区半径偏大、围岩应力偏保守.

图 5显示了b=0.4时隧洞位移与支护厚度的关系,D1D2分别为注浆圈、衬砌厚度,当支护厚度一定时,围岩渗流从低渗透性非线性渗流向高渗透性非线性渗流转变时,隧洞位移逐渐增大,因此,当隧洞围岩处于高水压、突水严重地层时,传统的达西定律计算的洞壁位移偏于保守,不利于隧洞施工安全. 另外,随着注浆圈和衬砌厚度的增大,洞壁位移能够得到有效控制,但衬砌厚度超过1 m时,洞壁位移的控制并不显著,则支护设计时应合理设定支护材料厚度,以免造成较大浪费.

5 结论1) 在注浆、衬砌支护条件下,基于Izbash非线性渗流模型,求得围岩及支护材料的水头分布,并运用统一强度理论,推导了塑性区在不同材料位置时的应力和位移弹塑性解.

2) 考虑非线性渗流的理论位移解较等效后的ABAQUS解略大,切向应力误差在允许范围之内,吻合性较好;中间主应力和围岩的水力梯度系数m1对隧洞塑性区半径的影响显著,而对围岩应力的影响较塑性区半径略小.

3) 围岩水力梯度系数m1对隧洞位移的影响不容忽视,当隧洞围岩处于高速非线性渗流时,达西定律计算的隧洞位移偏保守,体现了研究非线性渗流作用下隧洞弹塑性分析的重要意义;另外,不能盲目追求安全性而增加支护材料厚度,否则导致支护不经济.


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  • 腐蚀电场的力学化学耦合模型
    腐蚀电场的力学化学耦合模型徐庆林1,王向军1,童余德1,宋玉苏2(1.海军工程大学电气工程学院,武汉430033;2.海军工程大学基础部,武汉430033)摘要:为研究弹塑性变形对舰船腐蚀电场的影响,针对船体表面的腐蚀缺陷,利用COMSOL仿真软件中的固体力学和二次电流分布模块建立了腐蚀电场的力学化 ...
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  • 中心支撑-钢框架结构抗震性能和设计方法综述
    中心支撑-钢框架结构抗震性能和设计方法综述张文元1,2,李鸿维1,2,曾立静1,2,赵增阳1,2(1.结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学),哈尔滨150090;2.土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学),哈尔滨150090)[HJ1.1mm]摘要:为推动非双重 ...
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  • 泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管构件轴压力学性能
    泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管构件轴压力学性能翟希梅1,2,孟令钊1,2,王建皓1,2(1.结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学),哈尔滨150090;2.土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学),哈尔滨150090)摘要:薄壁金属构件与吸能泡沫材料组合形成的 ...
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  • 锈蚀冷弯薄壁型钢板材力学性能退化规律
    锈蚀冷弯薄壁型钢板材力学性能退化规律徐善华1,古仁俊1,聂彪1,徐吉民2(1.西安建筑科技大学土木工程学院,西安710055;2.中冶建筑研究总院有限公司,北京100088)摘要:为了研究锈蚀对冷弯薄壁型钢和热轧钢材料力学性能的不同影响,通过对工业环境下服役多年的冷弯薄壁C型钢进行拉伸试验,借助3D ...
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  • 超高性能轻质混凝土的循环拉伸力学性能
    超高性能轻质混凝土的循环拉伸力学性能王俊颜,刘菲凡,郭君渊(先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学),上海201804)摘要:超高性能轻质混凝土(ultra-highperformancelightweightconcrete,UHPLC)是一种具有高拉压比和拉伸应变强化特性的轻质水泥基材料。为 ...
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  • 考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析
    考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析刘忠玉,徐传永,朱新牧,张家超,夏洋洋(郑州大学土木工程学院,郑州450001)摘要:为进一步研究饱和软黏土的砂井固结机制,采用Hansbo渗流方程描述渗流速度与水力梯度之间的非线性关系,同时引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体的弹黏塑性变 ...
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  • 常吸力下非饱和土水-力耦合循环塑性的模拟
    常吸力下非饱和土水-力耦合循环塑性的模拟李涛1,李潇旋1,彭丽云2(1.北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;2.北京建筑大学土木与交通工程学院,北京100044)摘要:为描述非饱和黏性土在静、动态荷载作用下的应力-应变特征及水-力耦合效应,在塑性增量流动理论的框架内建立一个描述常吸力条件 ...
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  • 循环冲击荷载下轴压对花岗岩动力学特性的影响
    循环冲击荷载下轴压对花岗岩动力学特性的影响田诺成1,2,王志亮1,熊峰1,刘志义3(1.合肥工业大学土木与水利工程学院,合肥230009;2.合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;3.华北理工大学矿业工程学院,河北唐山063009)摘要:为研究循环冲击荷载下轴压对花岗岩动态力学特性的影响 ...
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  • 参数化艇身阻力特性的全局敏感度及设计空间
    参数化艇身阻力特性的全局敏感度及设计空间张宇,王晓亮(上海交通大学航空航天学院,上海200240)摘要:为有效降低飞艇艇身外形设计参数的维度、提高设计效率,并给予飞艇艇身初期设计一定的参考和指导.结合PARSEC(parametricsection)参数化方法、计算流体力学(Computationa ...
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