摘要：近年来,在越江跨海领域,沉管隧道得到广泛应用,传统理论分析往往关注其纵向受弯特征,忽略了沉管隧道的抗剪特征。为研究潮汐荷载影响下的管节位移,通过三角函数模拟潮汐荷载形式,计算土层非线性固结沉降,并由此反算随时间变化的等效压缩基床参数。建立管节-地基计算模型,将沉管隧道等效为置于Winkler地基上的Timoshenko梁,进行挠度计算理论推导。与以往置于Winkler地基上的Euler梁计算模型进行比对分析,以验证改善的管节-地基计算模型的合理性。依托甬江沉管隧道,计算潮汐荷载影响下的管节-接头竖向位移,将2种理论模型的计算结果与实测数据进行对比。研究结果表明:Euler梁模型和Timoshenko梁模型最大年浮动量分别为4.3 mm和6.6 mm,基于Winkler地基上的Timoshenko梁模型的理论计算数值整体上大于置于Winkler地基上的Euler梁模型的理论计算数值,在管节沉降的前期和中期模拟效果最好,与实测数据更为吻合,从变化趋势上看,管节-接头位移波动程度小而历时长,与实测数据变化趋势相近。表明本文改善的管节-地基计算模型方法合理,同时考虑了管节接头的弯曲变形和剪切变形,更能反映沉管隧道结构受力特征和沉降变形特点,研究结果对沉管隧道的设计计算具有一定指导意义。

摘要：沉管隧道纵向软弱土层往往分布不均匀,并且软土地基的性状随时间变化,当前修建的港珠澳沉管隧道为通过接头连接的半刚性节段,接头作为管体中最薄弱的部分,易发生较大差异沉降。考虑到沉管隧道受力变形受到随时间变化的软土地基性状的影响,将管节简化为Timoshenko梁模型,将土层简化为Kerrr地基模型,考虑地基刚度随时间的变化及接头的受力,推导出不同边界条件影响下隧道的受力与变形方程,进一步分析沉管隧道的管节差异沉降。以港珠澳沉管隧道工程为例,计算建设期全回淤工况下的沉管隧道节段-接头竖向位移,通过与实测数据对比,经分析表明:1)建设期的接头传递前后节段间的竖向差异沉降和转角差;2)本文理论模型的计算沉降和实测沉降变化趋势相近,基于理论模型的计算沉降值大约为地基沉降值的5/6;3)不考虑节段接头影响时,当等效弯曲刚度折减系数取1/7,等效剪切刚度折减系数取1/14,得到的隧道纵向变形基本等价于考虑接头影响的管节节段变形;4)对于长大沉管隧道,柔性边界模型计算沉降值伴随边界−转角刚度的增大而减小。因此,基于Kerr地基Timoshenko梁假设的简化模型能更好地描述沉管隧道节段−接头竖向位移特征。研究结果对沉管隧道的设计计算及施工过程控制具有一定的指导意义。

摘要：深部岩体峰后呈现应变软化特征、弹塑性耦合特征和塑性变形破坏等非线性特征。充分探明开挖工作面的岩体力学特征有助于预测围岩变形或破坏区域的形状,为后期的合理支护设计提供科学依据。然而,当前广泛使用的一维模型(例如Mohr-Coulomb和应变软化模型)无法很好的反映深部地下工程在高围压下的岩石变形特征。对此,通过三轴循环加卸载试验,获得各级围压下不同塑性累积阶段的岩石力学参数,进而研究塑性变形与围压二者综合影响下的围岩受力变形特征。通过构建应力-塑性剪切应变二维函数针对性描述其上述特征,建立了考虑围压影响的黏聚力、内摩擦角、弹性模量和剪胀角随塑性变形变化的数学模型。研究表明:黏聚力和内摩擦角可用指数函数及线函数分别描述其塑性变形和围压的相互关系,由此构建的二维函数,拟合精度可达95%;弹性模量随着围压增大而增大,可用负指数函数来描述,随着塑性变形而衰减,可用线函数来描述;剪胀角随着围压线性衰减,随着塑性变形先增大后减小,可用差值型指数函数描述;通过FLAC3D的二次开发,将该应变软化模型用于模拟岩石三轴压缩试验,证实模型设置准确合理。针对深部圆形硐室开挖,所提出的本构模型与应变软化模型和摩尔库仑模型相比,随着塑性区扩展,对围岩应力分布影响主要体现在切向应力峰值进一步向深部围岩转移,且径向应力随之降低;对位移场分布而言,随着塑性区扩展,所提本构模型得到的位移解逐步增长,符合岩体破裂后位移随损伤范围而增大的特点。