隧道力学—隧道辅助施工措施的力学全面分析.pptVIP

锁脚钢管设计计算的目的希望得到特定岩土条件下的竖向荷载与管端竖向位移间的关系曲线（P-y曲线），为锁脚钢管设计提供依据。在设计时给定单根钢管的竖向荷载大小，校核管端竖向位移是否满足设计要求；或者限定管端的允许竖向位移，确定钢管能够承受的竖向荷载，从而判断锁脚钢管是否满足设计要求。 第7讲 辅助施工措施的力学分析—常用辅助施工措施 4.水平锁脚钢管的弹性地基梁算法 、 对于钢管外端（x=0处），可以假定为只有竖向荷载P，截面可以自由转动（M0=0）。因此，锁脚钢管的挠曲方程可简化为： 从工程角度出发，要保证锁脚钢管能够控制隧道支护结构下沉，锁脚钢管必须足够长以致于钢管最深处基本不受荷载影响。据此假定在锁脚钢管最深处（x=L处）截面受荷载影响很小，以致可以忽略，则钢管最深处为固定端，有 和 。即： 第7讲 辅助施工措施的力学分析—常用辅助施工措施 4.水平锁脚钢管的弹性地基梁算法 、 即可求得 求解 、 后，就可得到锁脚钢管在任意位置的P-y曲线 典型锁脚钢管p-y曲线： 第7讲 辅助施工措施的力学分析—常用辅助施工措施 4.水平锁脚钢管的弹性地基梁算法 、 求得锁脚钢管的p-y曲线后，即可根据Euler经典理论得到锁脚钢管任一点的轴力、剪力和弯矩，进一步可检算锁脚钢管本身的承载力。 第7讲 辅助施工措施的力学分析—讨论题 讨论题： （1）超前小导管作用的力学分析 （2）锁脚钢管倾斜设置时的受力分析，是水平设置还是倾斜设置所起的承载作用更好？ （3）双参数地基模型 Pasternak模型是假设在Winkler模型中各弹簧单元之间存在着剪切作用，这种剪切作用是通过一层只能产生横向剪切变形而不可压缩的剪切层相联结来实现，外荷载与位移之间关系为： 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 4.围岩的力学模型 （1）荷载大小 按深、浅埋隧道分别进行计算。 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 5.管棚的作用荷载 （2）荷载纵向分布范围 掌子面后方：未支护段围岩压力全部由管棚承担，支护段为具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端。 掌子面前方： 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 5.管棚的作用荷载 （3）荷载横向分布范围 第i根管棚承受岩体的宽度： 第i根管棚支护范围内的径向均布荷载： 若将管棚作为梁，假设梁的宽度与管棚直径等宽，将荷载等效到梁的宽度b上，则作用在管棚上的荷载为： 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 6.管棚的弹性地基梁分析模型 （1）模型1 已支护段看着具有一定初始位移和初始转角的弹性固定端，已开挖但未支护段，围岩松弛压力完全由管棚承受；隧道掌子前方松弛范围内，管棚受到均布松动压力，同时还受到围岩的弹性抗力。因此，可将管棚作为半无限长弹性地基梁。 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 6.管棚的弹性地基梁分析模型 （2）模型2 当隧道开挖接近管棚前端，管棚可作为有限长度的弹性地基梁。 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 7. 地基梁的微分方程 根据管棚的弹性地基梁模型，在管棚上截取一微段dx，其受力如图所示，设梁的宽度为b 由 可得 由 可得 略去二阶微分项得 由此有： 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 7. 地基梁的微分方程 由Bernoulli-Euler经典理论得到荷载、位移及内力之间的微分关系 由此可得到梁的挠曲微分方程 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 7. 地基梁的微分方程 考虑不同的地基模型，即可得到地基抗力的表达式，由此得到管棚的控制微分方程。 当采用双参数模型中的Pasternak模型时，有 可得管棚的控制微分方程为 为考虑双参数地基连续性有限宽度梁等效宽度 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 7. 地基梁的微分方程 ① 在BC段，围岩压力 ，地基反力 ，其控制方程为 ②在CD段，围岩压力 ，地基反力 ，其控制方程为 ③ 在DE段，围岩压力 ，地基反力 ，其控制方程为 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 ① BC段微分方程可变为 故控制方程的解为 其通解为 当管棚荷载为均布荷载 时，其特解为 8.微分方程的求解 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 ② DE段 其特征方程为 微分方程转换为 8.微分方程的求解 令： 其通解为 第7讲 辅助施工措施的力学分析—管棚 ③ CD段 8.微分方程的求解 令由于DE段管棚的控制方程是CD段微分控制方程的齐次方程