[發(fā)明專利]地下工程中基于位移差/梯度的錨固件長度設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010027699.6
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111062087B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪波;蔡樹垚;李杰;喻煒;金輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 呂春艷

本發(fā)明公開了一種地下工程中基于位移差/梯度的錨固件長度設(shè)計(jì)方法，其包括獲取地下工程處圍巖的圍巖參數(shù)；選取錨固件的類型及錨固件的直徑和預(yù)應(yīng)力；建立地下工程的三維模型；采用數(shù)值仿真軟件模擬地下工程開挖，得到施加不同主動支護(hù)力后任一圍巖深度下，同一徑向上任意圍巖深度某點(diǎn)的位移和洞周圍巖某點(diǎn)的位移；計(jì)算任意圍巖深度處的位移差/位移梯度；繪制同一主動支護(hù)力下洞周圍巖位移差或位移梯度變化曲線；選取每條位移差/位移梯度變化曲線中位移差/位移梯度小于且無限接近錨固件的極限伸長量/極限延伸率的圍巖深度作為錨固件長度；在所有錨固件長度中，選取滿足最小成本原則的錨固件長度作為錨固件的設(shè)計(jì)長度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地下工程中錨固結(jié)構(gòu)，具體涉及一種地下工程中基于位移差/梯度的錨固件長度設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

地下工程中傳統(tǒng)的錨固設(shè)計(jì)方法來源于規(guī)范中的設(shè)計(jì)參考，而相關(guān)規(guī)范中關(guān)于錨桿(索)長度的取值大多依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，尚無明確的試驗(yàn)方法或是計(jì)算公式，導(dǎo)致錨桿(索)長度確定缺乏有效的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。而實(shí)際上，在隧道施工過程中，表征錨桿(索)支護(hù)施工效率最關(guān)鍵的因素之一是鉆孔時間，鉆孔時間與鉆孔深度不是簡單的正比例關(guān)系；大量的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，錨桿(索)的鉆孔時間對鉆孔深度有特定的敏感區(qū)段，在孔深5m以內(nèi)，鉆孔時間穩(wěn)定在20～30min，當(dāng)孔深超過5m以后，尤其是7m后，鉆孔效率顯著降低，成型不理想；所以在地下工程中，錨桿(索)長度的合理設(shè)計(jì)對于隧道施工的重要性不容小覷，合理的錨桿(索)長度能夠加快錨桿(索)支護(hù)施工效率，降低造價。但截至目前，對于錨桿(索)長度究竟如何確定，并無明確的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前錨固件長度設(shè)計(jì)的不足，提供一種地下工程中基于位移差/梯度的錨固件長度設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中依賴經(jīng)驗(yàn)選取錨固件長度造成支護(hù)施工效率低的問題。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種地下工程中基于位移差/梯度的錨固件長度設(shè)計(jì)方法，其包括：

采用數(shù)值仿真或模型試驗(yàn)的方法獲得地下工程處圍巖的圍巖參數(shù)；選取錨固件的類型，并根據(jù)錨固件類型和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)選取錨固件的直徑和預(yù)應(yīng)力；

根據(jù)地下工程的圍巖參數(shù)，建立地下工程的三維模型；

采用數(shù)值仿真軟件模擬地下工程開挖，得到施加不同主動支護(hù)力后任一圍巖深度下，同一徑向上任意圍巖深度某點(diǎn)的位移和洞周圍巖某點(diǎn)的位移；

根據(jù)同一徑向上任意圍巖深度某點(diǎn)的位移和洞周圍巖某點(diǎn)的位移，計(jì)算任意圍巖深度處的位移差/位移梯度；

根據(jù)同一主動支護(hù)力下的所有位移差/位移梯度，繪制同一主動支護(hù)力下洞周圍巖位移差或者位移梯度變化曲線；

選取每條位移差/位移梯度變化曲線中位移差/位移梯度小于且無限接近錨固件的極限伸長量/極限延伸率的圍巖深度作為錨固件長度；

在所有錨固件長度中，選取滿足施加支護(hù)力和生產(chǎn)錨固件的最小成本原則的錨固件長度作為錨固件的設(shè)計(jì)長度。

本發(fā)明的有益效果為：與現(xiàn)有規(guī)范給定的采用工程類比法的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法相比，本方案通過模型試驗(yàn)或數(shù)值仿真結(jié)合位移差/梯度與錨固件材料極限伸長量、極限延伸率以及支護(hù)成本的綜合考慮，可以確定出錨固件設(shè)計(jì)長度的最優(yōu)取值。

通過確定的最優(yōu)的設(shè)計(jì)長度，在施工過程中可以加工合適長度的錨固件鉆孔，以提高支護(hù)施工效率；由于在選取錨固件的設(shè)計(jì)長度時，是在施加支護(hù)力和生產(chǎn)錨固件最小成本下選取的，使得選取錨固件的設(shè)計(jì)長度可以降低地下工程的整體支護(hù)成本。

本方案的錨固件的長度設(shè)計(jì)方法不再依賴經(jīng)驗(yàn)選取，其可以為錨固件長度設(shè)計(jì)提供理論設(shè)計(jì)支撐，給現(xiàn)場施工提供科學(xué)、有效的指導(dǎo)。

附圖說明

圖1為地下工程中基于位移差/梯度的錨固件長度設(shè)計(jì)方法的流程圖。