机械工程学报

作者：刘淑红, 张鹏, 陈时玉, 朱永全

单位：1. 石家庄铁道大学工程力学系 石家庄 050043;2. 石家庄铁道大学土木工程学院 石家庄 050043

关键词：衬砌隧道,正交各向异性围岩,复变函数,应力,位移；

基金：国家自然科学基金（51778380）和中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划（N2020G040）资助项目。

利用复变函数的方法，研究了双向挤压应力作用下的正交各向异性围岩中的深埋非圆形衬砌隧道，得到了围岩和衬砌中级数形式的应力函数，从而得到应力和位移的解析解。以工程中常见的双线隧道作为算例，给出了沿衬砌内外边界的应力和位移的解析解。可以看出，解析解满足界面完全接触条件和边界条件，在对称轴上满足对称条件。并利用有限元软件ANSYS给出了应力和位移的数值解，与解析解吻合性很好。研究结果还表明：衬砌内外边界的切线方向正应力变化趋势不一致，内边界的最大值约为外边界的2倍，发生在拱脚。衬砌内外边界的位移变化趋势一致，且数值接近。最大沉降发生在拱顶，最大隆起发生在拱底，最大水平方向位移发生在拱腰处。在隧道的设计时，要注意使衬砌内边界上这些位置的应力和位移满足要求。

来源：2021年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

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