[發明專利]一種考慮圍巖非線性軟化和剪脹特性的地下洞室分析方法

在審

• 申請號: 201410839576.7
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104596837A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 張斌偉;嚴松宏
• 申請（專利權）人: 張斌偉;嚴松宏
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于地下工程分析技術領域，尤其涉及一種考慮圍巖非線性軟化和剪脹特性的地下洞室分析方法。

背景技術

目前，在地下工程分析中，通常都具有以下幾個方面的問題：

(1)隧道等地下結構的分析可視為平面應變問題，但實際上，圍巖是處于三軸應力狀態.由于單剪強度準則只能考慮最大主應力和最小主應力，而完全忽視中間主應力的影響，故在力學分析時，沒有考慮軸向應力的作用.然而，大量的巖石三軸試驗證明，巖石的強度及破壞不僅與最大主應力，最小主應力有關，還與中間主應力密切相關，即存在所謂的中間主應力效應。

(2)人們對巖石的研究已經知道，剪應力與正應力不是線性關系，而是非線性的，即巖石的子午線是一條曲線.昝月穩，俞茂宏，王思敬等通過建立雙剪力學模型和雙剪函數，對Hoek-Brown強度準則進行了修正，從而解決了Hoek-Brown準則不能反映中主應力的缺陷，提出了巖石非線性統一強度理論。

(3)通常，圍巖采用理想彈塑性模型，沒有考慮圍巖峰后應變軟化特性，得到的結果是偏于不安全，而且在理論上講，也沒有描述清楚巖體的變形特性。

(4)通常在洞室極限平衡分析中，都沒有考慮圍巖的體積變形特性，在實際工程中，圍巖都或多或少地表現一定的剪脹特性，尤其對軟巖工程尤甚。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種考慮圍巖非線性軟化和剪脹特性的地下?洞室分析方法，旨在解決目前地下工程分析中沒有考慮圍巖非線性軟化、剪脹變形和強度的非線性的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種考慮圍巖非線性軟化和剪脹特性的地下洞室分析方法，該考慮圍巖非線性軟化和剪脹特性的地下洞室分析方法包括以下步驟：

步驟一，確定地下洞室的幾何參數：h₁-地下洞室埋深(m)；h₂-地下洞室總高度(m)；B-地下硐室的總跨度(m)；r₀-地下洞室開挖的等效半徑(m)；P_i-地下洞室的支護壓力(Mpa)；

步驟二，確定巖體的地應力和強度參數：P₀-巖體初始地應力(Mpa)；σ_c-巖塊的單軸抗拉強度(Mpa)；E-巖塊的彈性模量(Mpa)；μ-巖塊的泊松比；Φ-內摩擦角(°)；Φ_r-剪脹角(°)；m、s-原巖的Hoek-Brown強度參數；m_r、s_r-巖體破碎區的Hoek-Bronw強度參數；

步驟三，不論何種模型，Elastic-Plastic界面處徑向應力只與原巖應力(p₀)和原巖強度(m，s)有關，得塑性區的半徑R；

步驟四，求得地下洞室塑性區半徑R，可由雙曲線軟化模型得到洞周任意點的塑性強度參數m_r(r)，s_r(r)；

步驟五，求解塑性區應力迭代計算公式，得塑性區應力分布形態、洞周圍巖的變形量、支護應力的優化分析。

進一步，在步驟三中，塑性區的半徑R為：

R=r0exp[F(σrR)-F(pi)σc]]]>