[發明專利]基于圍巖-支護演化模型的硬石膏隧道初期支護穩定性分析方法

在審

• 申請號: 201910217640.0
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN110263357A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 孫中光;郭江濤;吳建勛;劉亞輝;李遠清;張金豪;張加易;邵嚴;胡宇;胡英杰;周代勇;張海鵬;鄭芳菲
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種基于圍巖?支護演化模型的硬石膏隧道初期支護穩定性分析方法，該方法基于應力場理論，綜合考慮了膨脹的時變性，建立圍巖的彈?膨脹演化解，再結合支護結構特征方程，構成能夠考慮膨脹演化的圍巖?支護演化模型，并據此進行隧道的穩定性分析。本發明能夠分析膨脹作用對硬石膏巖隧道初期支護穩定性的動態影響，對調控此類隧道的抗膨脹設計具有重要的工程意義。

技術領域

本發明涉及一種基于圍巖-支護演化模型的硬石膏隧道初期支護穩定性分析方法。

背景技術

硬石膏圍巖的膨脹性會對其中的構筑物產生壓力，嚴重影響工程的穩定性。由于西南地區的許多隧道工程都無法規避三疊系下統嘉陵江組的硬石膏巖，隨著我國鐵路、公路進一步向西部地區延伸，硬石膏巖的膨脹性對隧道工程的危害會不斷凸顯。通過判定膨脹作用對硬石膏巖隧道初期支護穩定性的影響，對調控此類隧道的抗膨脹設計具有重要的工程意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于圍巖-支護演化模型的硬石膏隧道初期支護穩定性分析方法，該方法結合應力場理論，綜合考慮了膨脹的時變性，建立圍巖的彈-膨脹演化解，再結合支護結構特征方程，構成能夠考慮膨脹演化的圍巖-支護演化模型，并據此進行隧道的穩定性分析。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于圍巖-支護演化模型的硬石膏隧道初期支護穩定性分析方法，包括以下步驟：

S1：根據濕度應力場理論構建本構方程，并在所述本構方程中引入硬石膏吸水率與時間的關系，獲得圍巖的彈-膨脹演化解析解；

S2：根據各支護單元的力學方程計算復合支護的極限支護力P_com,lim，根據所述復合支護的極限支護力確定得出其支護抗力P_com,lim與其變形地關系的特征函數，再結合隧洞縱向變形規律函數確定隧道支護起始位置；

S3：根據圍巖的彈-膨脹演化解析解繪制不同膨脹時間的圍巖響應曲線，結合參數復合支護結構極限支護力P_com,lim、復合支護結構的整體剛度D和隧道支護起始位置u_sd繪制支護特征曲線，聯立所述圍巖響應曲線和支護特征曲線，確定各交點的坐標即為平衡時的臨空面位移u_eq和支護力P_eq；

S4：定義圍巖的極限位移u_cv與隧道支護起始位置u_sd之比得到無支護狀態下的安全系數F_s1，定義支護結構極限支護力P_com,lim與當臨空面處圍巖次生徑向應力與支護結構抗力相等達到平衡時支護結構所承受的荷載P_eq之比到支護條件下的安全系數F_s2，取F_s1和F_s2中的最小值作為實際安全系數F_s，根據F_s判斷隧道穩定性。

進一步地，所述步驟S1具體包括：

S11：根據濕度應力場理論構建本構方程，所述本構方程為：

其中，E_s為膨脹階段的應力應變關系，E_e為彈性模量，ν為泊松比，α是線膨脹系數，Δw是濕度變化量；

S12：根據濕度應力場理論以及硬石膏的膨脹實驗，得到硬石膏吸水率和時間關系如下：

A_t＝A_max(1-e^-at) (2)

其中，A_t為t時刻的吸水率；A_max為膨脹終止時刻的吸水率；a為吸水系數；