地层一结构模型的出发点是支护结构与围岩相互作用,组成一个共同承载体系,其中围岩是主要的承载结构,支护结构是镶嵌在无限或半无限介质孔洞上的加劲环。它的特点能反映出隧道开挖后围岩的应力状态。
对于这种模型,目前较为成熟的求解方法有:①解析法;②数值法。
解析法,即根据所给定的边界条件,对问题的平衡方程、几何方程和物理方程直接求解。由于数学上的困难,现在还只能对少数问题求解。
数值法主要是指有限元法。它把围岩和支护结构都划分为若干单元,然后根据能量原理建立单元刚度矩阵,并形成整个系统的总体刚度矩阵,从而求出系统上各个节点的位移和单元的应力。它不但可以模拟各种施工过程和各种支护效果,同时可以分析复杂的地层情况(如断层、节理等地质构造以及地下水等)和材料的非线性等。因此,该法对分析整个支护体系的稳定性具有理论意义。
将围岩和衬砌结构离散为仅在节点相连的诸单元的等价系统,将荷载移置于节点,利用插值函数考虑连续条件,引入边界条件,由矩阵力法或矩阵位移法求解围岩和衬砌结构的瘴力场和位移场的方法称为有限单元法。
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