[發明專利]一種考慮節理蠕變的大跨度隧道圍巖時效安全度分析方法

在審

• 申請號: 202110725694.5
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113536420A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 姜諳男;虢新平;李興盛;于海;孫喜軍
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 張海燕;涂文詩

本發明公開了一種考慮節理蠕變的大跨度隧道圍巖時效安全度分析方法，定義了非線性黏壺元件，提出一種將節理與蠕變相結合的非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型，描述節理發生屈服后巖質體強度參數軟化程度；推導出該模型ZSI_su分段函數。本發明通過引入的非線性黏壺元件建立了非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型，彌補了傳統模型中無法模擬節理巖體加速蠕變階段的特點，且將節理與蠕變相結合，充分反應出節理巖體的特性，同時考慮節理、巖質體屬性，能更好地反映巖質體節理特征及工程實際。同時結合單元狀態指標，推導出該模型的ZSI_su分段函數，在大跨度暗挖隧道施工過程中，實現隧道開挖各個階段的量化控制，有效指導施工的安全進行。

技術領域

本發明涉及大跨度暗挖隧道施工領域，尤其涉及一種考慮節理蠕變的大跨度隧道圍巖時效安全度分析方法。

背景技術

在大跨度隧道施工過程中，隧道結構兩側巖體的變形不僅僅與空間效應相關，往往與時間也有關系，所謂時間效應就是巖體在外力、水力、溫度、地質特征及施工擾動等各種環境、地質與工程因素作用下，巖土材料及巖體結構與時間相隔的力學行為、本構關系、失穩與破壞規律。如隧道主體結構開挖初期變形并不明顯，但隨著時間的增長，隧道的變形越來越嚴重，甚至出現了失穩破壞。因此，系統地研究巖土體在特定環境和條件下的流變理論的工程應用、更加有效地評價巖體工程的長期穩定性和運營安全，具有重要的理論價值和工程意義。

現階段，隧道穿越不良巖質體(節理面、斷層、夾層)是不可避免的技術難題，但對于不良巖質體(節理面、斷層、夾層)隧道尚未形成成熟的工程經驗，目前的研究方法中無法模擬巖質體加速蠕變階段的特點，不能充分反應節理巖體的特性。

發明內容

本發明提供一種考慮節理蠕變的大跨度隧道圍巖時效安全度分析方法，以克服目前的研究方法中無法模擬巖質體加速蠕變階段的特點，不能充分反應節理巖體特性的技術問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種考慮節理蠕變的大跨度隧道圍巖時效安全度分析方法，包括如下步驟：

S1：定義具有非線性黏滯系數η₂(t)的非線性黏壺元件，所述非線性黏壺元件用以表征巖質體的在加速蠕變階段的特性；

S2：提出一種非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型，將圍巖節理與蠕變參數相結合，以描述節理發生屈服后，巖質體的黏聚力c和內摩擦角φ所代表的巖質體軟化的程度；

S3：推導出所述非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型的改進單元安全度分段函數，以定量評價巖質體材料從彈性到屈服最后破壞的安全程度。

進一步的，所述非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型包括串聯的Hooke彈簧、黏彈性Kelvin體、黏塑性Binham體和應變軟化塑性元件；所述黏塑性Binham體包括并聯的非線性黏壺元件和塑性元件；所述黏彈性Kelvin體包括并聯的第二彈性元件和第二黏壺元件。

進一步的，所述非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型的建立過程為：

假設所述非線性西原遍布節理應變軟化蠕變模型中的非線性黏滯系數η₂(t)的衰減趨勢呈指數型關系，因此：

式中：t_c為進入加速蠕變階段的起始時間；α為調節時間量綱的系數；ε^ps是巖質體進入加速蠕變階段的對應剪切等效塑性應變；ε^pt是巖質體進入加速蠕變階段的拉伸等效塑性應變；是巖質體開始進入加速蠕變階段的等效塑性剪切應變閾值；是巖質體開始進入加速蠕變階段的等效拉伸塑性應變閾值；

則加速蠕變階段非線性黏塑性Binham體蠕變速率為：