[發明專利]一種考慮滲流蠕變的隧道局部安全性分析方法

有效

• 申請號: 201810682617.4
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108959758B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 姜諳男
• 申請（專利權）人: 大連海大恒信土木工程技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;楊威

1.一種考慮滲流蠕變的隧道局部安全性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對巖體進行單元劃分；

S2：建立數學模型，設置計算所需邊界條件，根據實際地質情況賦予模型參數與滲流參數，初始化開挖步與計算時步；

S3：對當前開挖步的當前計算時步進行蠕變-H-M耦合計算；

S4：計算當前時步的擴展屈服接近度指標GYAI；

S5：基于每個單元擴展屈服接近度指標GYAI計算每個單元的滲透系數k，并賦值給每個單元；

S6：判斷開挖步是否達到終止條件，若是，則結束計算，輸出包括不同開挖步的隧道圍巖各單元的擴展屈服接近度指標GYAI、滲透系數及評價信息的結果文件；

判斷計算時步是否達到終止要求，若否，則返回S3進行下一個計算時步的計算工作，若是，則返回S3進行下一個開挖步的初始計算時步的計算工作；其中，所述S2中所需邊界條件包括力學邊界條件與滲流邊界條件，所述力學邊界條件包括底部三向約束、四周法向單向約束及頂面自由邊界，所述滲流邊界條件包括底部固定孔隙水壓力透水邊界、四周為透水邊界、作用梯度水壓力及自由水面處壓力為零；

所述S3的具體計算過程為：首先進行力學計算，進行應力平衡，然后關閉力學計算，打開滲流開關，進行滲流計算；

力學計算的計算公式如式(2)所示，

式中：σ_ij為總應力張量，σ′_ij為有效應力張量，P為流體滲透壓力，α為比奧系數，δ_ij為Kronecker系數，D_ijkl為彈塑性矩陣，ε_kl為全應變張量增量，為黏彈塑性流變應變張量增量；

滲流計算的計算公式如式(3)所示，

式中，h是水頭函數；x、z是空間坐標；t是時間坐標；k_x、k_z是以x、z軸為主軸方向的滲透系數；S_s是單位貯水量；

所述步驟S4中的所述單元擴展屈服接近度指標GYAI的計算公式如式(4)、式(5)、式(6)或式(7)，

當塑性剪切應變ε^ps和塑性拉伸應變ε^pt均等于0，GYAI的計算公式如式(4)，

式(4)中，I₁為應力張量第一不變量，J₂為偏應力張量第二不

變量，θ_σ為應力羅德角，σ_t為抗拉強度，為內摩擦角；

當塑性剪切應變ε^ps0，且塑性拉伸應變ε^pt0時，GYAI的計算公式如式(5)，

式(5)中，ε^ps為塑性剪切應變；

當塑性剪切應變ε^ps0，且塑性拉伸應變ε^pt0時，GYAI的計算公式如式(6)，

式(6)中，ε^pt為塑性拉伸應變；

當塑性剪切應變ε^ps0，且塑性拉伸應變ε^pt0時，GYAI的計算公式如式(7)，

式(7)中，ε^ps為塑性剪切應變，ε^pt為塑性拉伸應變。

2.根據權利要求1所述的一種考慮滲流蠕變的隧道局部安全性分析方法，其特征在于，所述步驟S3中蠕變-H-M耦合計算采用的蠕變本構模型為西原模型的改進模型，所述改進模型在西原模型的基礎上將黏塑性體上線性黏壺元件替換為非線性黏壺元件η2(t)，并串聯一個基于Mohr-Coulomb準則的應變軟化塑性元件，將一維推廣至三維的蠕變方程如式(1)，

當S_ij≤S_s時，進入蠕變第1階段，即衰減蠕變；當S_ijS_s，t≤t_c時，應力水平超過長期強度，黏塑性體發揮作用，變形進入穩定蠕變階段；當S_ijS_s，tt_c時，應力水平超過長期強度，進入加速蠕變階段，材料變形迅速增大，發生破壞。