毕业设计外文翻译

考虑应力释放的影响

摘要：在隧道设计中，支护时间的确定和刚性的支护体系对于维持隧道稳定是

非常重要的，该研究所采用的收敛—约束法来确定的隧道的应力和位移，同时考虑到了地基承载力反压力曲线的位移、应力释放的影响以及隧道衬砌和岩石隧道周边洞室的相互作用，这个结论可以确定支护的时间和支护结构的强度和刚度。结果表明，当位移u0在0.0865米到0.0919米之间时取一个合适的位移值，我们就可以通过架设支护结构来满足隧道的稳定性和经济的要求。 关键词：隧道 支撑结构 稳定性 反压力曲线 应力释放的影响 1、引言

岩石在自然环境中，特别是在深部地层当中，常常受到上部地层和重力的影响，由于这些因素的影响在岩体当中二次应力的发展是非常复杂，难以界定的。隧道开挖过程中，一部分的岩石通常会受到来自隧道洞顶岩石的去除而产生的力—拉应力，有时拉应力会相当高，都会在隧道围岩的周边产生，由于岩石开挖洞周应力的释放会导致周边围岩的变形，从三向应力状态转变为双向应力状态。在隧道施工过程中，架设支护结构的目的是为了提高和维持岩体的自承能力，以最大程度的发挥岩体的承载能力，并且在岩体内产生有利于发展的内应力场。

1938年，芬纳进行了上部地层和水力结构相互作用方面的研究，并发现了基础的特殊变化曲线和弹塑性介质的解决方案。1963年，Pacher进行了同样的研究，并取得了同样的结果。当隧道设计考虑上部地层和水工结构之间的相互作用时，其结果采用新奥法（NATM）施工和实际结构是比较适合的。此外，在隧道设计中，隧道衬砌和洞室周围地层之间的相互作用，以及相应的地基反压力曲线，通常被考虑在内（Panet和Guenot1982; Panet1995年）。在隧道设计中收敛—约束法通常被认为是有效的。2007年，在越南Nguyen通过研究改变地下水压力载荷，从而影响隧道衬砌的结构，在同一年，Vu和Do也采用收敛—约束的方法对隧道进行设计计算，并假定U0为初始变形值。

根据Fenne（1938年）和Pacher（1963年）的研究，如果一个刚性支撑结构②（如图1）架设的比较及时，会因为开挖洞室周围变形不够大而先达到平衡，之后它将会有更大的承载能力。在Pi曲线外的C点（如图1），岩石性质将变为非线性（塑性）。当支护结构①安装后产生了一定的位移（A点），则该体系达到与

对隧道衬砌较小的均衡负载，之后围岩开始松动，曲线将达到其最低值（如图1中B点），而隧道衬砌压力则增加的非常快。如果使围岩变形得到适度发展后施做支护结构，则作用在支护结构上的压力将达到最小值，将不会导致隧道的失稳。

图1所示：

图1：根据Fenner(1938)and Pacher(1963)得出围岩和支护特征曲线。 式中： Pi—支护压力； бr—径向应力； Δr—径向位移；

ri—隧道半径；

Pia、Pil—分别为内、外衬砌的支护抗力；

这项研究证实了收敛—约束法再考虑地层反压力曲线、应力释放效应以及隧道衬砌和洞周隧道洞室相互作用条件下，可以确定隧道的应力和位移。 2、地层结构模式

2.1地基反作用力曲线下的应力计算

事实上，静水压力也就是初始应力（侧压力系数为1），洞周开挖的支护半径用ri表示，如图1所示(Hoek and Brown 1980)，塑性区半径的假设条件是依据初始应力场的大小P0、支护压力Pi和岩石材料的特性而定。

（摩尔应力圆）

（塑性区）

（弹性区）

图2隧道洞周弹塑性应力分布图

塑性区内的应力计算公式：

密度

g—重力加速度 H—洞室埋深 C—岩石的内聚力 —岩石内摩擦角

弹性区内的应力计算公式 (r≥re)：

其中：

—径向应力； —切向应力；

(1)

其中：P—岩石

(2)

r—洞周地层任意点离洞室中心的距离；

塑性区内的应力计算公式 (ri≤ r≤re)：

(3)

其中：

隧道的径向变形：

(4)

其中：G—岩体的剪切模量

(5)

其中：γ—岩石的泊松比；

Ψ—岩石剪切滑移面的倾角；

2.2隧道洞周沿轴线方向上的径向位移和应力释放系数

在掌子面和未开挖岩石的影响下，未加固围岩的最大径向位移Umax在距离掌子面只有仅仅的一段距离（通常实验测量结果是1.53×2ri）。在现场实测数据的基础上，两位研究人员通过量测半径为ri的隧道，建立了Ur/Urmax和距离隧道掌子面距离x之间的关系，如图3中所示的弹性模型。1995年Panet建议采用如下的系数公式，来表示Ur/Urmax和X之间的关系：

(6)

其中：λd—应力释放系数；

公式（6）适用于x为正值（即前方的掌子面），如图4所绘。

1998年，Chern在Mingtam电力隧道工程中，做出了在隧道洞穴附近收敛量测值一览表，根据这些测量的数据绘制在图4所对应的点上， 1999年Hock建议采用如下的经验公式，来最恰当的表示Ur/Urmax和X之间的关系：

(7)

(掌子面)

(掘进方向)

图3表示未支护隧道ur的径向位移

图4从弹性模型派生的最适合隧道测量的数据曲线

2.3支护结构特征曲线

特性曲线显示了支护结构的支撑性能（如混凝土、喷射水泥砂浆、岩石锚杆