桩基荷载与箱基荷载地邻近隧道开挖塑性区影响的理论预测方法研究

摘要

随着现代城市的快速发展，交通问题日益严重，地铁逐渐成为缓解交通压力的最主要手段。在城市环境中修建地铁，由于受城市空间的制约，地下隧道往往不得不从一些既有建筑物附近穿过。为了保证隧道施工安全，有效预测隧道周边塑性区显得尤为重要。与自由地层相比，承载地层情况下隧道开挖产生的塑性区不可避免的受到基础荷载的影响。本文针对桩基、箱基荷载特点，在假设地层为理想弹塑性体的前提下引入Mindlin解，得出了基础荷载作用下隧道开挖产生的塑性区边界方程，并通过Matlab软件对解析解进行了分析，主要研究内容及成果如下：
　　(1)利用自由地层隧道开挖引起土体应力的Verruijt&Booker解和山口升解，引入理想塑性屈服准则，得到自由地层中隧道开挖产生塑性区范围的解析解；
　　(2)针对桩基、箱基荷载特点，在自由地层隧道开挖引起土体应力解的基础上叠加Mindlin或积分后的Mindlin解，得到桩基、箱基荷载地层中隧道开挖产生塑性区范围的解析解；
　　(3)针对以上解析解，通过Matlab数学软件分析不同荷载参数、不同屈服准则情况下基础荷载对邻近隧道开挖产生塑性区范围的影响；
　　(4)根据计算分析，得出结论：在基础荷载作用下，当使用Verruijt&Booker解时，隧道周边塑性区较自由地层在邻近荷载一侧上部增大，下部减小，远离荷载一侧上部减小，下部增大，对于山口升解情况，变化规律正好相反；无论Verruijt&Booker解还是山口升解，隧道周边塑性区的影响程度都随基础荷载的增大而增大，荷载与隧道水平距离的增大而减小；采用M-C准则计算得到的塑性区范围要大于D-P准则。