[發明專利]一種考慮施工擾動的深埋軟巖隧洞預留開挖確定方法

在審

• 申請號: 202210626322.1
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN114818090A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 周鳳印;胡莘;康延銘;郭波前
• 申請（專利權）人: 周鳳印;胡莘;康延銘;郭波前
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F17/13;G06F30/20;G06Q50/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬鳳云

1.一種考慮施工擾動的深埋軟巖隧洞預留開挖確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、確定隧洞開挖設計半徑r_a；

步驟二、隧洞圍巖塑性區應力分析，過程如下：

步驟201、確定深埋軟巖隧洞巖體的起塑條件：σ_θp＝ξσ_rp+σ_c，其中，σ_θp為深埋軟巖隧洞巖體中的切向最大主應力，σ_rp為深埋軟巖隧洞巖體中的徑向最小主應力，ξ為壓力系數且φ為深埋軟巖隧洞巖體內摩擦角，σ_c為深埋軟巖隧洞巖石單軸抗壓強度且c為深埋軟巖隧洞巖體內聚力；

步驟202、確定深埋軟巖隧洞巖體的塑性區靜力平衡方程：r為隧道已開挖邊界至塑性區和彈性區交界處的距離；

步驟203、將深埋軟巖隧洞巖體的起塑條件帶入深埋軟巖隧洞巖體的塑性區靜力平衡方程中得求解此微分方程得其中，C為第一積分常數，利用邊界條件r＝r_a處σ_rp＝0，得

得深埋軟巖隧洞開挖設計半徑下塑性區應力計算結果

步驟三、確定圍巖塑性區半徑：根據彈性分布的二次應力狀態結論σ_θp+σ_rp＝2p₀，并令r＝R_p，得因此其中，p₀為初始應力，R_p為塑性區半徑；

步驟四、確定圍巖塑性區和彈性區交界處應力：將步驟三中R_p帶入步驟二的塑性區應力計算結果中得圍巖塑性區和彈性區交界處應力

步驟五、確定塑性區位移，過程如下：

步驟501、根據彈塑性力學理論，塑性區內的應力與應變在三維狀態下有其中，σ為塑性區內平均應力，σ_z為深埋軟巖隧洞巖體中的軸向應力，ε為塑性區內平均應變，ε_θp為深埋軟巖隧洞巖體中的切向應變，ε_rp為深埋軟巖隧洞巖體中的徑向應變，ε_z為深埋軟巖隧洞巖體中的軸向應變；

步驟502、利用廣義胡克定理得其中，μ₀為塑性區巖石靜態泊松比，E₀為塑性區巖石靜態彈性模量；

經推導

由于深埋軟巖隧洞斷面為軸對稱結構，可將其轉化為平面應變問題，則由塑性區內平面應變的應力應變關系可得ε_z＝0,σ_z＝σ，其中，ψ為塑性模數；

步驟503、在塑性狀態下，深埋軟巖隧洞巖體受力后的位移與應變仍然保持彈性狀態下的關系，即求導后經積分后可求得將帶入得其中，C'為第二積分常數；

步驟504、再利用邊界條件r＝R_p,ψ＝1確定第二積分常數σ'_θp為塑性區邊界上的切向最大主應力，σ'_rp為塑性區邊界上的徑向最小主應力，

則塑性模數為

步驟505、由徑向位移的幾何方程和塑性應力應變關系式可得塑性區內的徑向位移

步驟六、引入施工擾動計算有效內黏聚力和有效內摩擦角：有效內摩擦角有效內黏聚力其中，m_i為深埋軟巖隧洞完整巖石質量系數，GSI為地質強度指標，D為工程擾動程度且0≤D＜1，σ₃為最小主應力，σ_ce為深埋軟巖隧洞巖石有效單軸抗壓強度且

步驟七、引入施工擾動獲取塑性區有效半徑其中，ξ_e為有效壓力系數且

因此得到引入施工擾動影響下的圍巖塑性區內有效徑向位移

步驟八、確定施工擾動下的深埋軟巖隧洞預留開挖半徑為r_a+u_e。

2.按照權利要求1所述的一種考慮施工擾動的深埋軟巖隧洞預留開挖確定方法，其特征在于：所述深埋軟巖隧洞為圓形深埋軟巖隧洞。

3.按照權利要求1所述的一種考慮施工擾動的深埋軟巖隧洞預留開挖確定方法，其特征在于：所述地質強度指標GSI和深埋軟巖隧洞完整巖石質量系數m_i均基于H—B準則選取，工程擾動程度D基于M—C準則選取。