[发明专利]一种隧道纵向截断边界处理方法

权利要求书

1.一种隧道纵向截断边界处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：计算隧道结构纵向等效弯曲刚度；

S2：计算地基土体反作用模量；

S3：计算开挖条件下无限长隧道结构隆起位移；

S4：无限长隧道结构任意截面隆起量、转角、弯矩及剪力；

S5：将无限长隧道结构及地基土体截断成有限长，计算有限长隧道结构任意截面隆起量、转角、弯矩及剪力；

S6：将有限长区域两侧土体替换，由替换区域内隧道结构的隆起量、转角、弯矩及剪力与无限长区域内相应截面上的起量、转角、弯矩及剪力相等，计算替换土体宽度、弹性模量及泊松比。

2.根据权利要求1所述的隧道纵向截断边界处理方法，隧道纵向截断边界处理方法包括以下实现步骤：

S1：计算隧道结构纵向等效弯曲刚度，不考虑接缝的匀质隧道纵向弯曲刚度为EI，隧道结构纵向刚度有效率为η′，则有接缝时其纵向等效弯曲刚度(EI)_eq＝η′EI，E为隧道结构弹性模量；I为隧道结构截面惯性矩；

S2：计算地基土体反作用模量K：根据Vesic提出的地基基床系数公式，由土体弹性模量E_s、泊松比μ_s、隧道外径d、隧道纵向等效弯曲刚度(EI)_eq可计算地基土体反作用模量d、d₁分别为隧道外径、内径；

S3：计算开挖条件下无限长隧道结构隆起位移δ_P：由特征系数土体重度γ、开挖深度h、开挖卸荷应力p＝γh、竖向卸荷附加应力系数α的解析式及卸荷附加应力σ_z＝αp，计算开挖后隧道结构隆起量q为隧道在水平投影面上的卸荷应力，x、ξ为沿隧道纵向上的坐标；

S4：对分布荷载作用下弹性地基无限长梁进行微元分析，得到既有隧道与地层相互作用力学方程将开挖隧道隆起量带入该方程，采用高斯-勒让德积分，得到无限长隧道结构隆起量；

S5：由隧道纵向任意截面隆起量δ_p(x)、转角弯矩剪力得到无限长隧道结构在截面A、B上的隆起量δ_pA、δ_pB，转角θ_pA、θ_pB、弯矩M_pA、M_pB及剪力Q_pA、Q_pB；

S6：根据弹性地基梁的有限长梁理论，AB(或CD)段的隆起量为：系数AB段特征系数AB段地基土体反作用模量L为截断区域内的隧道长度；

S7：由AB段的隆起量δ_mAB(x′)计算当x′＝l时的隆起量δ_mAB(l)、转角θ_mAB(l)、弯矩M_mAB(l)及剪力Q_mAB(l)，l为替换土体宽度；

S8：根据无限长梁上B点隆起量δ_pB，转角θ_pB、弯矩M_pB、剪力Q_pB及有限长梁上B点的隆起量δ_mAB(l)、转角θ_mAB(l)、弯矩M_mAB(l)及剪力Q_mAB(l)，令δ_pB＝δ_mAB(l)，θ_pB＝θ_mAB(l)，M_pB＝M_mAB(l)，Q_pB＝Q_mAB(l)，计算替换土体的宽度l、弹性模量E_sAB、泊松比μ_sAB；

S9：当单一匀质替换土体的宽度l、弹性模量E_sAB、泊松比μ_sAB无法满足式δ_pB＝δ_mAB(l)，θ_pB＝θ_mAB(l)，M_pB＝M_mAB(l)，Q_pB＝Q_mAB(l)时，可以将宽度l范围内的土体划分为两个区域甚至多个区域，当划分成两个区域时，l＝l₁+l₂，进而计算E_sAB1、E_sAB2、μ_sAB1、μ_sAB2；当划分成n(n≥3)个区域时，l＝l₁+l₂+…+l_n，重复S1～S8的步骤，计算各区域的E_sABi、μ_sABi(1≤i≤n)。