平面爆破P波擾動下深埋圓形襯砌隧道瞬態(tài)動力響應(yīng)解析解研究*

李 梅，高鑫鑫，梅萬全，雷 濤，韓高升，潘鵬志，張義云

(1.武漢理工大學(xué) a.資源與環(huán)境工程學(xué)院；b.土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430070；2.中國科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071)

深埋長大隧道工程鉆爆法施工過程中，產(chǎn)生的瞬態(tài)應(yīng)力波會嚴(yán)重?cái)_動既有隧道，對既有隧道造成的破壞不可忽視。因此，計(jì)算地下結(jié)構(gòu)在動荷載下的動力響應(yīng)解進(jìn)而分析其變化特點(diǎn)具有重要意義。

目前，對爆破擾動下隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)計(jì)算多集中在穩(wěn)態(tài)分析，其解析解多以波函數(shù)展開法為基礎(chǔ)。Yi等通過對深埋圓形襯砌隧道在平面P波作用下襯砌隧道的動應(yīng)力集中系數(shù)(DSCF)進(jìn)行解析計(jì)算[1]，研究了高頻及低頻入射波情況下動力影集中系數(shù)的變化規(guī)律，以及圍巖不同位置上爆破波主頻和圍巖物理力學(xué)指標(biāo)對動應(yīng)力集中系數(shù)的影響[2,3]；在此基礎(chǔ)上，F(xiàn)an等在接觸面處引入線性彈簧模型[4]，系統(tǒng)研究巖體和襯砌的無量綱波數(shù)、界面彈簧常數(shù)和襯砌厚度對動應(yīng)力集中系數(shù)的影響；Lu等通過計(jì)算圓形隧道圍巖質(zhì)點(diǎn)速度響應(yīng)的解析解[5]，分析波源與隧道軸線的比例距離和隧道波長半徑比對徑向速度比例因子(RVSF)和環(huán)向速度比例因子(HVSF)的影響。

然而，實(shí)際工程施工擾動以瞬態(tài)波的形式傳播，對穩(wěn)態(tài)波的研究成果不能全面描述瞬態(tài)波擾動對結(jié)構(gòu)的動態(tài)影響。因此，在穩(wěn)態(tài)解的基礎(chǔ)上，部分學(xué)者用數(shù)值逆變換或梯形求積等方法對瞬態(tài)彈性波入射時無限彈性介質(zhì)中隧道的解析解及動力響應(yīng)影響進(jìn)行了研究[6-10]。……