非圆形隧道毛洞围岩的应力和塑性区

为研究隧道工程中常见的非圆形毛洞围岩的应力和塑性区分布，采用复变函数方法，得到平面应变状态下受双向挤压应力作用的毛洞围岩应力解析解，并将其代入Drucker-Prager屈服准则，估算围岩的塑性区范围。以工程中常见的大断面双线铁路隧道为例，先通过搜索边界映射点的方法得到隧道毛洞的映射函数；再求得隧道毛洞附近围岩的应力分布，对推导出的非圆形隧道毛洞围岩应力解析解的正确性进行验证；最后分竖向挤压应力较小与较大2种情况，讨论侧压力系数对隧道毛洞围岩塑性区的影响。结果表明：离毛洞边4倍毛洞宽度处，应力值稳定，趋于所加荷载；当竖向挤压应力较小或较大时，侧压系数的改变分别会影响塑性区的位置或形状；拱腰处塑性区主要由竖向挤压应力产生，而拱顶与仰拱处塑性区则主要由水平挤压应力产生；在隧道设计和施工过程中，当围岩侧压系数较小或较大时，须分别在拱腰、拱顶与仰拱处加强支护。