含空洞地层初始破坏的复变函数解析研究

摘要

为分析城市浅部地层中椭圆形空洞的稳定性,采用复变函数理论求得了自重应力及竖向均布荷载作用下含隐伏椭圆形空洞地层应力场的精确解答。以莫尔–库仑剪切屈服准则及土体抗拉强度等于零为判别依据,求得洞周初始塑性区范围,分析了空洞形状及外部荷载对塑性区位态的影响。结果表明:1在自重应力场下,地层中近圆形或瘦长状椭圆空洞自身稳定性相对扁平状空洞较好;扁平状空洞以受拉破坏为主。2外部荷载作用下地层空洞破坏模式为拉–剪综合破坏,随着外部荷载的增大,剪切塑性区与受拉区贯通,并向地层深部转移,加速地层空洞的失稳破坏。3在大量分析计算的基础上给出了空洞地层的5种分区模式。空洞地层灾变事故控制的核心是空洞结构自身的稳定性,空洞地层初始破坏的分析是确定其破坏模式以及破坏区域的关键。研究结果对城市空洞地层灾变事故的预测、评估及其处理具有重要意义。