[發(fā)明專利]基于統(tǒng)一強度理論的隧道力學模型構(gòu)建方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010843138.3 | 申請日： | 2020-08-20 |
| 公開（公告）號： | CN111967080A | 公開（公告）日： | 2020-11-20 |
| 發(fā)明（設計）人： | 劉紅巖;張小趁;蘇天明;祝鳳金;趙雨霞;劉康琦;王鵬博;葛紫微 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國地質(zhì)大學（北京） |
| 主分類號： | G06F30/13 | 分類號： | G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14 |
| 代理公司： | 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 12210 | 代理人： | 付長杰 |
| 地址： | 100083*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 統(tǒng)一 強度 理論 隧道 力學 模型 構(gòu)建 方法 | ||
本發(fā)明為基于統(tǒng)一強度理論的隧道力學模型構(gòu)建方法，該方法包括以下步驟：建立圓形隧道力學模型；選取統(tǒng)一強度準則作為巖石強度準則；應用強度準則基于彈塑性理論求解隧道開挖且立即支護后的圍巖應力場及位移場；通過考慮圍巖?支護結(jié)構(gòu)的相互作用對前述的結(jié)果進行修正，獲得考慮隧道實際施工過程中開挖后短暫時間內(nèi)支護的考慮支護結(jié)構(gòu)剛度及圍巖初始徑向彈性位移的圍巖塑性區(qū)半徑rps及隧道洞壁位移ΔR，完成隧道力學模型的構(gòu)建。該方法針對隧道是在開挖完成后立即進行支護時的實際受力及施工特點，從圍巖受力特征及圍巖?支護結(jié)構(gòu)相互作用機理出發(fā)，能夠更好地反映圓形隧道的實際受力情況及施工過程，進而為相關(guān)工程設計提供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于隧道力學模型研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于統(tǒng)一強度理論的隧道力學模型構(gòu)建方法，該方法考慮中間主應力及圍巖-支護結(jié)構(gòu)相互作用，用于隧道、地下硐室等各類巖體地下工程力學分析。
背景技術(shù)
目前新奧法已在隧道建設中得到了廣泛應用，其認為圍巖不僅是荷載來源，更是承載結(jié)構(gòu)，支護的目的就是要充分調(diào)動圍巖本身的承載能力。由此隧道施工理論與實踐均得到了快速發(fā)展，許多學者也都對圍巖-支護結(jié)構(gòu)的相互作用機理展開了深入研究。
國外學者Kastner基于巖石理想彈塑性模型及Mohr-Coulomb(M-C)強度準則提出了圓形隧道支護結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用的計算模型，這為隧道支護理論研究奠定了基礎(chǔ)。但是隨著生產(chǎn)實踐及理論研究的發(fā)展，目前認為該理論已不能很好地反映實際隧道的力學特性，其主要問題是未能很好地考慮中間主應力及圍巖-支護結(jié)構(gòu)相互作用對隧道力學特性的影響。
而針對上述問題，劉紅巖等已申請的發(fā)明專利“考慮圍巖與支護結(jié)構(gòu)相互作用的圓形隧道力學計算方法”(專利申請?zhí)枺?01811568876.0)對上述兩個方面的問題進行了很好的考慮，這對隧道力學計算方法起到了一個很好的促進作用。然而該方法在以下四方面仍需改進，首先其為了考慮中間主應力的影響，采用了Drucker-Prager強度準則，然而在利用該準則與相應的平衡微分方程和應力邊界條件進行求解時，其視應力lode參數(shù)μσ為常數(shù)，然而這在一些情況下則是不合適的，因為μσ是與應力狀態(tài)有關(guān)的一個參數(shù)，一般不為常數(shù)；其次，其單獨計算了隧道圍巖開挖后的二次應力狀態(tài)和支護后的三次應力狀態(tài)，這對于支護明顯滯后的隧道工程來說，是可以的，而對于實際工程中開挖后就立即進行支護的多數(shù)隧道是不適用的。第三，在圍巖塑性區(qū)內(nèi)外邊界處的位移計算方面，本專利提出的方法與劉紅巖等已申請的專利有明顯的不同，本專利提出的方法是基于塑性區(qū)巖石體積不變假設，計算過程更加合理且清晰易懂，更加符合實際情況。第四，由于Drucker-Prager準則本身的局限性，其不能反映巖石不同子午線強度差別，因此導致其不能很好地描述巖石的強度特性，針對該問題，本專利提出了采用統(tǒng)一強度理論來描述巖石的強度特性，很好地克服了上述不足。
因此盡管目前在圓形隧道力學模型方面已取得了較為豐富的研究成果，但仍存在著上述不足，因而本專利擬在已申請的專利基礎(chǔ)上，采用巖石統(tǒng)一強度理論以考慮中間主應力的影響，同時考慮圍巖-支護結(jié)構(gòu)的相互作用，最終提出基于統(tǒng)一強度理論及圍巖-支護結(jié)構(gòu)相互作用的隧道力學模型構(gòu)建方法。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是：提出一種基于統(tǒng)一強度理論及圍巖-支護結(jié)構(gòu)相互作用的隧道力學模型的構(gòu)建方法。該方法針對隧道是在開挖完成后立即進行支護時的實際受力及施工特點，從圍巖受力特征及圍巖-支護結(jié)構(gòu)相互作用機理出發(fā)，采用軸對稱問題的理想彈塑性理論對圍巖的力學特征進行深入研究，能夠更好地反映圓形隧道的實際受力情況及施工過程，進而為相關(guān)工程設計提供參考。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：提出一種基于統(tǒng)一強度理論的隧道力學模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：
第一步：建立圓形隧道力學模型；
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