深埋隧道复合式衬砌内力和位移的荷载结构法

研究目的:研究任意形状的深埋隧道复合式衬砌的内力和位移具有重要理论意义和工程应用价值。本文首先通过弹性力学理论，导出轴对称荷载作用下，圆形隧道复合式衬砌的轴力和位移的解析解，并与数值解进行比较，确定初支、二衬间相互作用的杆单元弹性模量的合理取值；之后分析了Ⅳ级围岩中非圆形隧道复合式衬砌的轴力、弯矩和位移，围岩对初支、初支与二衬间的约束作用均采用杆单元模拟，其弹性模量分别取地层和初支的弹性模量；最后讨论了侧压系数对非圆形隧道复合式衬砌力学性能的影响。研究结论:(1)轴对称荷载作用下，圆形隧道初支和二衬的轴力和位移的解析解与数值解的误差不到5%,确定了使用杆单元模拟非圆形隧道初支和二衬间相互作用时，其弹性模量可以采用初支或二衬的弹性模量；(2)非圆形隧道二衬的轴力和弯矩均比相应位置处初支的大，初支和二衬分别在拱腰和拱底取得轴力最大值，均在拱脚取得弯矩最大值，均在拱底取得竖向位移最大值；(3)对于侧压系数在0.1到0.3范围内的Ⅳ级围岩，侧压系数的改变对非圆形隧道二衬最大的轴力、弯矩和位移的影响都比较小；(4)本研究结果可应用于隧道、竖井、管桩等工程结构。