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现代隧道技术 2018, Vol. 55 Issue (4) :87-96    DOI:
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复杂位移边界下地层空洞的稳定性分析
(1 北京城市快轨建设管理有限公司,北京 100027;2 北京电力经济技术研究院,北京 100055;3 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044)
Stability of a Hollow Cavity with Complex Displacement Boundary Conditions
(1 Beijing Urban Rapid Transit Construction Administration Corp., Beijing 100027; 2 Beijing Electrical Power Economy Institute,Beijing 100055; 3 Key Laboratory for Urban Underground Engineering of the Education Ministry, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)
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摘要 文章采用室内模型试验研究隧道开挖对粘性土层中赋存空洞的变形影响,地层中的赋存空洞的变形模式可分为径向收缩变形、椭圆化变形、竖向沉降变形和水平侧移变形 4种及其不同组合。文章应用 Airy应力函数法获得了复杂位移边界条件下空洞洞周应力场的精确解答,并根据剪切屈服条件求得地层变形引起的空洞周边塑性区范围,分析了不同变形方式对塑性区分布的影响。结果表明:空洞径向收缩使塑性区由左右两侧发展成闭合环形,且呈对称地向洞周 45°斜上方围岩深部扩展;椭圆化变形加剧了空洞顶、底部地层塑性区的扩展;竖向沉降造成空洞顶、底部屈服范围向深部转移扩大;空洞水平侧移使塑性区逐渐向空洞另一侧转移并向围岩深部发展。因此,含空洞地层中城市隧道安全施工的核心问题是对空洞结构的稳定性控制。研究结果对城市隧道建设地层变形的精细化预测、地面塌陷事故预报具有重要意义。
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关键词:   
Abstract: The effects of tunnel excavation on the deformation of a hollow cavity in a clay stratum was simulated by indoor model tests. The cavity deformation is divided into four modes of radial contraction deformation, oval deformation, vertical settlement deformation, horizontal lateral displacement and various combinations. The elastic solutions for the stress field around the cavern under complex displacement conditions were obtained by the Airy stress function method, and the scope of the plastic zone around the cavity was acquired based on shear yield conditions, with the effect of deformation patterns on plastic zone scope being studied. The results show that: 1) the radial contraction of the cavity makes the plastic zone at both sides develop into a closed ring and extend to the rock mass at a depth symmetrical with an angel of 45° around the tunnel; 2) oval deformation increases the extension of the plastic zone at the top and bottom of the cavity; 3) vertical settlement causes the transfer and extension of the yield scope further toward the top and bottom of the cavity; 4) horizontal lateral displacement makes the plastic zone gradually transfer to the other side of the cavity and develop to the rock mass at depth; and 5) the key point for construction of urban tunnels with cavities is to control the stability of the cavity structure. This research provides a reference for the accurate prediction of strata deformation and ground collapse.
KeywordsUrban tunnel,   In a stratum with a cavity,   Model test,   Airy stress function method,   Shear plastic zone     
基金资助:

基金项目:北京市科技计划项目(Z151100002115042).

作者简介: 作者简介:李倩倩(1986-),女,博士,主要从事城市地下工程方面的研究工作,E-mail:11115297@bjtu.edu.cn.com.
引用本文:   
.复杂位移边界下地层空洞的稳定性分析[J]  现代隧道技术, 2018,V55(4): 87-96
.Stability of a Hollow Cavity with Complex Displacement Boundary Conditions[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2018,V55(4): 87-96
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2018/V55/I4/87
 
没有本文参考文献
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