[發(fā)明專利]一種模擬圍巖卸荷對大跨度洞室支護結(jié)構(gòu)受力影響的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010513233.7
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111666687A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周正軍;張鳳財;王青龍;王觀琪;何蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 吳中偉

本發(fā)明涉及地下工程設(shè)計建造工藝技術(shù)領(lǐng)域。其旨在提出一種模擬圍巖卸荷對大跨度洞室支護結(jié)構(gòu)受力影響的方法，兼顧圍巖卸荷后變形動態(tài)發(fā)展過程，同時考慮卸荷導(dǎo)致圍巖強度和變形模量衰減效應(yīng)，從而提高模擬分析的準(zhǔn)確性，對實際工程具有較好的適應(yīng)性和參考價值。模擬過程中，考慮圍巖卸荷后變形動態(tài)發(fā)展過程以及卸荷導(dǎo)致圍巖強度和變形模量衰減，計算圍巖卸荷引起支護結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力；所述考慮圍巖卸荷后變形動態(tài)發(fā)展過程包括：將圍巖卸荷后的變形分為瞬時變形和蠕變變形，采用冪函數(shù)關(guān)系描述圍巖卸荷后變形隨時間的發(fā)展過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬圍巖卸荷對大跨度洞室支護結(jié)構(gòu)受力影響的方法，屬于地下工程設(shè)計建造工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在地下工程中，洞室圍巖因開挖而產(chǎn)生卸荷，洞室跨度越大圍巖的這種卸荷效應(yīng)越顯著。在常規(guī)的彈塑性結(jié)構(gòu)分析中，圍巖的卸荷在開挖瞬發(fā)生并完成。但在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，圍巖的開挖卸荷變形是隨時間動態(tài)發(fā)展的過程，變形具有一定的時空特性。此外，由于卸荷松弛，在卸荷影響范圍內(nèi)圍巖強度和變形模量會發(fā)生一定衰減，圍巖強度和變形模量的衰減產(chǎn)生圍巖的附加變形無疑會增加支護結(jié)構(gòu)的受力。

由于常規(guī)的彈塑性結(jié)構(gòu)分析中，圍巖卸荷瞬時完成，此時計算的支護結(jié)構(gòu)受力很小，圍巖卸荷對支護結(jié)構(gòu)受力影響的模擬是失真的，將此分析結(jié)果應(yīng)用在實際工程時，支護結(jié)構(gòu)偏危險。

在一些大型商業(yè)軟件的Creep分析模塊中，也可采用程序提供的豐富元件模型來模擬圍巖卸荷后的長期變形；但元件模型需要嚴(yán)格的物理力學(xué)關(guān)系，這在復(fù)雜的工程環(huán)境下是難以準(zhǔn)確構(gòu)建的，因此其應(yīng)用具有自身的局限性。

此外，有學(xué)者提出利用經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷氖侄畏治鰢鷰r卸荷的長期變形，但未結(jié)合圍巖的空間和應(yīng)力狀態(tài)形成系統(tǒng)的、明確的計算方法；而對于卸荷對圍巖強度應(yīng)力的影響目前還未有系統(tǒng)認(rèn)識。

因此，結(jié)合工程實際的空間狀態(tài)，基于工程實踐認(rèn)知和監(jiān)測成果定量構(gòu)建計算方法模擬圍巖卸荷變形對于確定支護的結(jié)構(gòu)受力具有重要參考價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提出一種模擬圍巖卸荷對大跨度洞室支護結(jié)構(gòu)受力影響的方法，兼顧圍巖卸荷后變形動態(tài)發(fā)展過程，同時考慮卸荷導(dǎo)致圍巖強度和變形模量衰減效應(yīng)，從而提高模擬分析的準(zhǔn)確性，對實際工程具有較好的適應(yīng)性和參考價值。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種模擬圍巖卸荷對大跨度洞室支護結(jié)構(gòu)受力影響的方法，包括：

模擬過程中，考慮圍巖卸荷后變形動態(tài)發(fā)展過程以及卸荷導(dǎo)致圍巖強度和變形模量衰減，計算圍巖卸荷引起支護結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力；所述考慮圍巖卸荷后變形動態(tài)發(fā)展過程包括：將圍巖卸荷后的變形分為瞬時變形和蠕變變形，采用冪函數(shù)關(guān)系描述圍巖卸荷后變形隨時間的發(fā)展過程。

作為進一步優(yōu)化，所述采用冪函數(shù)關(guān)系描述圍巖卸荷后變形隨時間的發(fā)展過程，包括：

ε_t＝ε_i+ε_f(1-T^-λ)

式中，ε_i為卸荷瞬時變形，即假定開挖卸荷后1h內(nèi)發(fā)生的變形；ε_f為卸荷所產(chǎn)生的蠕變變形，即假定開挖卸荷后1h后發(fā)生的變形；T為卸荷真實時步，與工程實際對應(yīng)開挖過程一致，λ為變形衰減系數(shù)，與圍巖物理力學(xué)屬性、空間位置等有關(guān)。

作為進一步優(yōu)化，所述卸荷瞬時變形ε_i采用常規(guī)彈塑性本構(gòu)模型(例如摩爾-庫倫模型)計算。

作為進一步優(yōu)化，所述卸荷所產(chǎn)生的蠕變變形ε_f按照下式計算：