考虑围岩松动圈支护体影响的深埋圆形隧道衬砌优化设计

来源期刊：工程科学学报2015年第7期

论文作者：杨凯 吴顺川 吴庆良 高永涛 王运庆

文章页码：839 - 843

关键词：隧道;支护体;衬砌;弹性模量;厚度;优化设计;

摘    要：首先考虑围岩松动圈支护体的影响,在完全接触条件下,根据弹塑性力学理论,推导出深埋圆形隧道每层衬砌切向应力和径向应力分量的解析解;然后根据混凝土和围岩材料受力状态的不同,选用不同的破坏准则,引入功能梯度材料思想,构建了不同弹性模量双层混凝土圆形衬砌优化设计的目标函数,即当目标函数为最小值时,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ层结构同时接近或达到预设破坏状态,在设计上才最为合理;最后对衬砌材料的弹性模量和衬砌厚度分别进行了优化设计.算例分析表明:(1)随着围岩应力的增大,E2/E1和E2/E3都减小.在相同大小的围岩应力作用下,总有E2/E1<E2/E3,故而建议设计时Ⅰ层衬砌的弹性模量应大于围岩松动圈支护体的弹性模量.(2)随着围岩应力的增大,Ⅰ层衬砌的厚度增大.在相同大小的围岩应力作用下,当E2/E1>E2/E3时所求得的Ⅰ层衬砌最优厚度总是小于E2/E1<E2/E3时所求得的Ⅰ层衬砌厚度,故而可通过改变Ⅰ层衬砌和围岩松动圈支护体的弹性模量相对大小来调整Ⅰ、Ⅱ层衬砌的厚度.