[发明专利]隧道与地下空间各种围岩条件下深浅埋临界深度计算方法

说明书

一种隧道与地下空间各种围岩条件下深浅埋临界深度计算方法；包括下述步骤：(1)据隧道与地下空间形状、尺寸及相关物理参数，求深、浅埋洞室顶部的平均垂直地压δ_平；(2)求深浅埋分界深度H_max，判别浅、深埋隧道；当埋深＜H_max时，为浅埋隧道；当埋深≥H_max时，为深埋隧道。本发明通过对岩土数据的离散性、围岩承载范围、围岩变形和破坏的机理等问题的分析，提供了客观多因素围岩压力设计计算方法，进而得出深、浅埋临界深度通用计算方法。本发明提供的方法在深浅埋分界处连续而没有荷载“突变”现象，经大量工程实测与验证，与实际情况非常吻合。

技术领域

本发明属于隧道与地下空间围岩技术领域，具体提供了一种隧道与地下空间各种围岩条件下深浅埋临界深度通用计算方法。

背景技术

隧道与地下空间进行围岩压力计算及支护衬砌型式的选择与设计时，均需要进行深浅埋的判定。目前，国内、外许多学者进行了深浅埋不同情况下围岩压力的研究与受力体系的分析，提出了许多影响围岩压力的影响因素和相应的模型试验，进行了相关深浅埋方式的判断。但是，目前国内在设计与工程应用中仍然以《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004，以下统称《规范》)中围岩压力计算的建议模型进行隧道与地下空间深、浅埋的分析与判定。

《规范》对隧道深、浅埋的判定及围岩压力的计算给出了相应的计算公式：隧道荷载计算按照荷载等效高度进行判断：H_p＝(2～2.5)h_q(式中H_p：深、浅埋隧道分界深度；h_q荷载等效高度)。但是，按照此公式计算，在深、浅埋分界线处同一点位置，会得出深埋和浅埋两个相差较大的不同围岩压力数值。也就是说，该深、浅埋分界点处会产生荷载的“突变”，深埋和浅埋点存在荷载较大幅度的“跳跃”，因而该点处荷载分布是不连续的，这种情况与工程实际是不相符的(如图2所示)。分析原因，是该公式在具体应用时的假定条件不同造成的：当H_p≤h_q时，计算未考虑粘聚力c和内摩擦角的影响；当h_q＜H_p≤(2～2.5)h_q时,计算未考虑粘聚力c的影响；当隧道判定为深埋时，笼统地通过围岩级别考虑内摩擦角和粘聚力c的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种接近工程实际情况的隧道与地下空间各种围岩条件下深浅埋临界深度计算方法。

本发明解决上述技术问题所采取技术方案如下：一种隧道与地下空间各种围岩条件下深浅埋临界深度计算方法；包括求深、浅埋洞室顶部的平均垂直地压，求深浅埋分界深度，判别浅、深埋隧道；具体方法如下：

(1)、利用下式求深、浅埋洞室顶部的平均垂直地压δ_平：

根据隧道与地下空间形状、尺寸及相关物理参数，代入深、浅埋洞室顶部的平均垂直地压公式：

式中：Q下沉土柱重；T土柱两侧和掌子面上所产生的摩擦力和粘聚力之和；α₁地层滑动面半宽，α为毛洞半宽，y为洞室高；为地层内摩擦角；γ重度；H埋深；ξ侧压力系数；c粘聚力；n下沉土柱长宽比：n＝L/2α₁。

(2)、利用下式求深浅埋分界深度H_max

深浅埋分界深度公式的推导：假设地层中任意位置都可能产生裂缝，当水平裂缝位置与最大地压的起始埋深一致时，可以得到荷载沿埋深变化的极限值。

令dδ/dH＝0，则有故可推得最大地压的起始埋深，即深浅埋分界深度H_max：