[發(fā)明專利]粘土地層隧道開挖面安全支護壓力區(qū)間確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010512605.4
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111666621B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設計）人: 潘秋景;王素堂;龔琛杰;劉磊磊;錢澤航;李天正
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

本發(fā)明公開了一種粘土地層隧道開挖面安全支護壓力區(qū)間確定方法，采用Karhunen?Loeve展開技術模擬不排水剪切強度參數(shù)的三維空間變異性；利用二分法分別計算隧道開挖面發(fā)生主動破壞臨界支護力和被動破壞的臨界支護力；采用自適應SPCE元模型技術結(jié)合有限差分法數(shù)值模型，建立盾構隧道開挖面兩種極限狀態(tài)下的臨界臨界支護力計算元模型；基于SPCE元模型?蒙特卡洛模擬方法，計算隧道開挖面發(fā)生主動破壞和被動破壞的失穩(wěn)概率，進而獲得同時避免主動和被動破壞風險的安全支護壓力區(qū)間。本發(fā)明采用自適應SPCE元模型?蒙特卡洛模擬技術，可以快速、準確地計算盾構隧道開挖面的失穩(wěn)概率，所得結(jié)果準確可靠，為隧道開挖面的穩(wěn)定性控制和安全施工提供理論依據(jù)。

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種巖土工程技術領域的方法，具體是一種粘土地層隧道開挖面安全支護壓力區(qū)間確定方法。

背景技術

近年來，我國隧道建設逐漸增多，在各種隧道施工方法中，盾構法施工具有施工勞動強度低、對地面交通影響小、施工噪音小等優(yōu)點，因而在隧道工程建設中大量使用。如果開挖面支護壓力不足以平衡隧道開挖面前方的水土壓力，會引發(fā)開挖面失穩(wěn)坍塌的主動破壞；相反如果支護壓力如果過大，則會導致開挖面土層向上擠出引起地表隆起的被動破壞。如何合理確定開挖面支護壓力的安全范圍，避免開挖面發(fā)生主動破壞和被動破壞，保持開挖面的穩(wěn)定性是一個重大的技術難題。此外，在粘土地層中，粘土的物理、力學性質(zhì)表現(xiàn)出較強的空間變異性，這種空間變異性的存在使得隧道開挖面臨界支護力也出現(xiàn)很大的不確定性，若在設計中未充分考慮這種空間變異性，就容易造成開挖面支護力設置不當，進而引起開挖面失穩(wěn)事故。近年來，我國基礎設施建設日益增多，已出現(xiàn)許多盾構隧道開挖面失穩(wěn)事故，巖土工程領域也越來越重視巖土體參數(shù)的空間變異性對于盾構開挖工程穩(wěn)定性的影響。

專利CN201910594440.7中提出了一種用于考慮巖土體空間變異性的盾構隧道開挖面失穩(wěn)概率確定方法，模擬了巖土體參數(shù)的二維隨機場來表征巖土體參數(shù)的空間變異性，基于極限分析上限法構建了二維隧道開挖面發(fā)生主動破壞的力學模型，計算了主動破壞的臨界支護力和試問概率。然而，在該方法中，將隧道開挖面的穩(wěn)定性分析簡化為二維的理想模型，未考慮地下水位的作用及開挖面可能發(fā)生的被動破壞，與隧道工程實際情況相差較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供了一種粘土地層隧道開挖面安全支護壓力區(qū)間確定方法，采用隨機場理論模擬不排水剪切強度參數(shù)的空間變異性，利用有限差分法數(shù)值仿真技術和二分法計算隧道開挖面主被動破壞的臨界支護力，采用自適應SPCE元模型技術并結(jié)合有限差分法數(shù)值模型，建立不排水剪切強度參數(shù)三維空間變異性下盾構隧道開挖面主被動破壞的臨界支護力的計算元模型，最后基于SPCE元模型-蒙特卡洛模擬方法，給出了可同時避免主動破壞和被動破壞風險的安全支護壓力區(qū)間。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種粘土地層隧道開挖面安全支護壓力區(qū)間確定方法，包括以下步驟：

(1)、基于鉆孔數(shù)據(jù)和試驗測試確定不排水剪切強度三維空間變異性的表征參數(shù)，包括均值μ_cu、標準差μ_cu、變異系數(shù)μ_cu、不排水剪切強度參數(shù)c_u、自相關函數(shù)和自相關距離；

(2)、采用Karhunen-Loeve展開方法模擬不排水剪切強度參數(shù)的三維空間變異性；

(3)、利用有限差分法數(shù)值仿真方法建立隧道開挖模型，采用二分法計算隧道開挖面發(fā)生主動破壞和被動破壞的臨界支護力，分別取為σ_ac和σ_pc；

(4)、采用自適應SPCE元模型并結(jié)合有限差分法數(shù)值模型，建立不排水剪切強度參數(shù)三維空間變異性下盾構隧道開挖面主動破壞和被動破壞的臨界支護力的計算元模型；