[發明專利]一種含空洞的地層中盾構施工引起的土體位移的計算方法

在審

• 申請號: 202010776487.8
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111914423A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 魏綱;戴子涵;齊永潔;周鑫鑫;趙得乾麟;張書鳴;朱彥華;章亦然
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

1.一種含空洞的地層中盾構施工引起的土體位移的計算方法，其特征在于，包括：

根據隧道以及空洞的相對位置建立三維坐標系，并建立空洞與隧道共同作用的力學模型；

根據建立的力學模型，分別計算盾構施工產生的某點(x,y,z)的位移、盾構施工產生的空洞的位移、空洞失穩收縮產生的該點(x,y,z)的位移；

根據計算所得的各位移，將隧道與空洞對該點(x,y,z)的位移進行疊加，求得該點(x,y,z)的土體位移。

2.根據權利要求1所述的一種含空洞的地層中盾構施工引起的土體位移的計算方法，其特征在于，根據隧道以及空洞的相對位置建立三維坐標系，并建立空洞與隧道共同作用的力學模型，具體如下：

在地面上沿著隧道掘進方向建立x軸，垂直于隧道掘進方向建立y軸，豎直向下建立z軸，隧道軸線位于xoz平面，在土體中引入隧道與空洞，建立空洞與隧道共同作用的力學模型，其中，隧道軸線離地表距離為H，隧道開挖半徑為R。

3.根據權利要求1所述的一種含空洞的地層中盾構施工引起的土體位移的計算方法，其特征在于，計算盾構施工產生的某點(x,y,z)的位移、盾構施工產生的空洞的位移，具體如下：

盾構施工產生的某點的z方向位移U_z、y方向位移U_y計算過程如下：

式中：

其中y為距離隧道軸線的橫向水平距離；z為離地面的垂直距離，由地面向下為正；d為土體移動焦點到隧道中心的距離；η_s為盾構開挖土體損失百分率；η(x)為土體損失率隨x軸變化函數；B、δ、λ均為中間計算變量；

將所需點的坐標代入式(1)與式(2)中，即可計算土體中某點(x,y,z)的位移；

代入空洞中心點的坐標，即可計算空洞的位移。

4.根據權利要求1所述的一種含空洞的地層中盾構施工引起的土體位移的計算方法，其特征在于，空洞失穩收縮產生的該點(x,y,z)的位移，具體如下：

若空洞為球形，球形空洞半徑為R_s，中心埋深為h₁,在球形空洞內部任取一計算單元dV＝dξdζdη，計算單元的埋深η；

取空洞形狀在收斂變形前后均為球形，土體變形模式采用等量徑向移動模式，即空洞在各個方向上均收斂0.5g，g為球形空洞等效土體損失參數，土體x、y、z軸向位移U_x-q、U_y-q、U_z-q計算過程如下:

式中：r(z)為z方向上的影響半徑，有β_z為隧洞上部巖土的主要影響角，有i_z為土體沉降槽寬度系數，有h為土體計算深度，單位符號為m，i₀為地面沉降槽寬度系數，為土體內摩擦角，單位符號為°；字母a、b為變量ξ沿x軸的積分上下限，字母c、d為變量ζ沿y軸的積分上下限，e、f為變量η沿z軸的積分上下限，q1代表球形空洞收斂變形前，q2代表球形空洞收斂變形后；各積分上下限計算公式如下：

a_q1＝-R_s、b_q1＝R_s、a_q2＝-(R_s-0.5g)、b_q2＝R_s-0.5g、

其中，g為球形空洞等效土體損失參數，有ε_s為空洞土體損失參數。