[發明專利]基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法

有效

• 申請號: 202110014402.7
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112818442B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 沈才華;郭金勇;朱磊;于洪亮;李東彪
• 申請（專利權）人: 河海大學;中交隧橋（南京）技術有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安;喬煒

一種基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，步驟如下：獲得圍巖力學參數的隨機分布函數；根據其特征劃分有限元模型單元，確定不同力學參數單元的類型數，對每一個單元采用隨機抽樣法進行賦值獲得圍巖空間變異分布的有限元模型；每次賦值可獲得圍巖任意某點位移值；多次計算可獲得考慮圍巖空間隨機分布的位移統計規律；把累計概率為P₁對應的位移值w₁與累計概率為P₂對應的位移值w₂的差值稱為隧道差異變形的概率設計值；改變力學參數標準差的值，通過多次賦值得到多個標準差工況下位移統計規律，得到隧道差異變形的概率設計值，從而得到圍巖空間隨機分布隧道差異變形的概率設計值?標準差函數，為實現隧道可靠度設計提供理論依據。

技術領域

本發明涉及一種基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，屬于地下工程施工技術領域。

背景技術

由于實際深埋隧道開挖后，圍巖內的損傷和塑性分布通常與開挖面的距離有關；考慮到圍巖初始狀態的空間變異性，實際圍巖不同深度處的力學參數具有明顯的空間變異性。而隧道洞壁位移的傳統設計計算方法是選擇彈性模量的平均值或某個典型斷面的確定值作為設計參數，利用修正芬納公式直接進行計算，誤差很大，無法預測沿縱向某一線路的巖體差異變形值。

發明內容

本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供一種能夠預測圍巖縱向變形差異，并能為圍巖位移安全控制管理和支護結構設計提供指導的方法。

為了達到上述目的，本發明提出的技術方案為：一種基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，包括如下步驟：

(1)根據隧道圍巖力學參數的實測統計分析，獲得需要分析力學參數的分布函數(本案例采用實際獲得的截斷式正態分布函數)；

(2)建立隧道開挖過程模擬的有限元模型，根據圍巖力學參數空間隨機分布特征，對有限元模型劃分單元，將圍巖巖體離散成多個單元，然后根據巖體力學性質劃分類別，同類巖體采用同一力學參數，確定對應力學參數的單元的類型數，將有限元力學參數按照隨機分布函數對每一個單元進行隨機賦值來獲得圍巖空間變異分布的有限元模型；每次賦值圍巖洞壁處某點均對應有位移值；

(3)把每次計算的洞壁處某點對應的位移值進行統計，獲得該點處考慮圍巖空間隨機分布的位移統計規律，結合可靠度理論獲得位移值的概率密度函數和累計概率密度函數；把位移值中最大位移值與最小位移值的差值作為隧道差異變形最大值，根據可靠度控制要求，計算累計概率為P₁對應的位移值w₁與累計概率為P₂對應的位移值w₂的差值，并將差值作為隧道差異變形的概率設計值；

(4)改變力學參數標準差的值，在每個標準差工況下，通過多次賦值得到考慮圍巖空間隨機分布的位移統計規律，進而得到不同標準差下的隧道差異變形的概率設計值，根據標準差和位移累計概率密度函數得到隧道差異變形的概率設計值-標準差函數。建議采用位移概率下限值w2(案例中建議累計概率為5％對應的位移值)不變，改變位移概率上限值w1(累計概率為P1對應的位移值)計算的差值作為隧道差異變形的可靠度(P1-0.05)的概率設計值。

對上述技術方案的進一步設計為：所述隧道開挖過程模擬的有限元模型采用能有效模擬圍巖變形破壞的本構模型，本案例采用EDP本構模型進行有限元數值模擬分析，屈服準則采用Drucker-Prager準則。

所述Drucker-Prager準則表達式如下：

把兩個不常見的力學參數壓力敏感參數α和材料屈服應力σ_y與粘聚力和內摩擦角相聯系，得到相互轉換關系

實現了采用EDP材料模型模擬圍巖塑性破壞過程。