[发明专利]根据隧道衬砌变形确定滑坡推力的方法

说明书

本发明公开了一种根据隧道衬砌变形确定滑坡推力的方法，涉及隧道与滑坡工程领域，解决的技术问题是提供一种根据隧道衬砌变形，确定滑坡推力大小，掌握滑坡特征及规模，为防治方案的规划提供指导的方法。本发明采用的技术方案是：根据隧道衬砌变形确定滑坡推力的方法，通过合理的监测手段，获取隧道不同断面的准确变形量；然后，计算隧道结构永久荷载；再在考虑围岩压力的条件下，结合ANSYS有限元分析方法，将荷载转换为等效节点力，采用试算的方法重复迭代计算，反演确定不同变形部位所承受的滑坡推力。该方法不仅有助于分析隧道变形机制以及与滑坡相互作用机理，也为滑坡的防治以及隧道变形支护等工程措施提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及隧道与滑坡工程领域，具体是一种根据隧道衬砌变形确定滑坡推力的方法。

背景技术

在山区修建公路、铁路隧道时，常遇到隧道从滑坡体内及周边穿越的情况，这类隧道会因坡体滑动的作用力而产生变形、开裂等现象，给工程建设带来了极大的困扰。目前，国内外学者建立了“隧道-滑坡体系”概念，泛指各种在滑坡体内及周边一定影响范围内建设和运营的隧道工程及其所在区域地质病害体。建立该概念的主要意图在于既考虑隧道和滑坡各自的变形发展特征，又考虑两者的相互作用。该概念将隧道和滑坡作为一个体系，综合分析变形机制和控制技术，为实际工程中采取合理的防护措施、灾害治理以及变形预测，提供较为准确的理论依据。

现今隧道衬砌结构设计仍主要依赖于工程经验，尚无一个对衬砌安全度的可靠评价方法。支护结构荷载与围岩地质条件、隧道形状、尺寸、支护结构以及施工方法等相关。结构变形是各种因素叠加的综合效应。

隧道衬砌计算主要分为荷载-结构法和地层-结构法，前者没有考虑围岩的自承能力和支护体系与围岩的共同作用，认为围岩与荷载与支护刚度无关，因此偏保守；而地层-结构法关键在于确定围岩应力释放和地层结构相互作用，因此对于施工开挖后围岩应力重分布过程中的隧硐不适宜。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种根据隧道衬砌变形确定滑坡推力的方法，在滑坡勘察实施前，确定滑坡推力大小，掌握滑坡特征及规模，为防治方案的规划提供指导。

本发明采用的技术方案是：根据隧道衬砌变形确定滑坡推力的方法，包括以下步骤：

步骤一、获取隧道变形量

具体地，采用三维激光扫描技术，获取变形后隧道的点云数据，结合变形前完整隧道尺寸资料，对比分析得到隧道变形量值。

步骤二、计算隧道结构永久荷载

采用普氏平衡拱理论进行围岩压力计算，获取隧道变形后塌落拱高度、拱顶围岩压力和总侧向围岩压力。

步骤三、有限元分析

S1.模型构建：以隧道变形前尺寸资料为依据，利用ANSYS建模功能，建立隧道拱形结构模型；

S2.单元离散化：将隧道衬砌离散化为N个二元杆件，N为正整数；

S3.边界条件：固定拱脚位移作为隧道拱形结构模型的位移边界条件；

S4.施加围岩压力：将步骤二中获取的拱顶围岩压力和总侧向围岩压力转换成节点力分别施加于隧道拱形结构模型中N+1个二元杆件节点处，并用弹簧来代替围岩对衬砌的约束作用；

S5.将受拉弹簧单元“杀死”，即产生拉应力节点不再受围岩应力作用；并将围岩应力作用下产生的变形消隐，即将变形归零；

S6.施加滑坡推力：根据滑体与隧道的组合位置关系，分析预测滑坡推力作用方向及范围；再假定滑坡推力大小，将假定的滑坡推力分解并施加于衬砌与坡体接触侧各节点单元上，计算隧道变形量。

步骤四、确定滑坡推力