[發明專利]一種軟巖隧道開挖面變形計算方法

有效

• 申請號: 201810272512.1
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108536942B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 張軍偉;楊婉;李雪;黃新淼
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 韓洋;楊正輝

1.一種軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、對隧道進行基本假設限定；

b、建立本構方程；

c、建立隧道變形問題的基本方程；

d、建立隧道開挖面前方圍巖與預加固錨桿不同應力狀態下的分析模型；

e、推導不同分析模型下的隧道開挖面變形計算表達式；

所述步驟d中的應力狀態下包括以下幾種：

d1、錨桿與圍巖均為彈性應力狀態；

d2、加固區圍巖處于塑性區，錨桿處于彈性區；

d3、加固區錨桿出現塑性區；

d4、非加固區圍巖出現塑性區；

d5、加固區錨桿完全處于塑性區，非加固區部分圍巖處于塑性區；

d6、加固區錨桿完全處于彈性區，非加固區部分圍巖處于塑性區；

所述步驟e中的隧道開挖面變形計算表達式包括徑向應力和切向應力表達式以及描述開挖面擠出運動的表達式；

在d1應力狀態下：

開挖面擠出運動u為

若ELb表示加固區圍巖與錨桿均處于彈性應力狀態，EL表示非加固區圍巖處于彈性應力狀態，則在ELb狀態下對應的：

徑向應力σ_r為

切向應力σ_θ為

則在EL狀態下對應的：

徑向應力σ_r為切向應力σ_θ為

2.根據權利要求1所述的軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，所述步驟a中的基本假設包括以下內容：

a1、假設隧道開挖面為球面，在徑向布置有限長度的錨桿，同時隧道開挖面前方待開挖部分圍巖位移、應變和應力場呈球形對稱；

a2、假設宏觀應力張量是土和錨桿兩部分的總和；

a3、假設在開挖面向前推進之后，最初位于斷層面內的點在隧道面另一個點處露出的應力將與位于開挖面上的另一個點相同，并受到虛擬內部壓力的影響，該內部壓力從初始地應力減小到零；

a4、假設土層和錨桿為理想彈塑性，土層是不可壓縮的；

a5、假設問題是準靜態的，只考慮小變形和位移場；

a6、假設隧道是深埋圓形隧道，并且土層中的初始應力場是均勻的和各向同性的。

3.根據權利要求1所述的軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，所述步驟b中還包括建立彈性本構方程和塑性本構方程。

4.根據權利要求1所述的軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，所述步驟c中在建立隧道變形問題的基本方程前，需從隧道開挖面前方圍巖上取出單位長度的錨桿與圍巖單元進行應力場分析，且在整個應力場內，任意一點的應力分量需滿足平衡條件。

5.根據權利要求1所述的軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，在d2應力狀態下：

開挖面擠出運動u為

在塑性區PL1對應的

徑向應力σ_r為

切向應力σθ為

6.根據權利要求1所述的軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，在d3應力狀態下：

在塑性區PL2對應的

徑向應力σ_r為

切向應力σ_θ為

7.根據權利要求1所述的軟巖隧道開挖面變形計算方法，其特征在于，在d4應力狀態下：

在塑性區PL3對應的

徑向應力σ_r為

切向應力σ_θ為