[发明专利]围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法

说明书

本发明公开了围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，该方法建立隧道围岩空间不均匀性分布环向统计分析法，建立深埋圆形隧道位移理论积分计算方法，采用分层总和法思想近似求解理论积分法的近似值，获得不同可靠度下的围岩位移值。该方法引入可靠度思想，采用随机理论，考虑围岩空间分布不均匀性的统计规律特征进行设计计算，提高设计的科学性。建立能考虑扰动区围岩空间不均匀性的隧道位移计算方法。

技术领域

本发明涉及隧道位移计算法，特别涉及围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法。

背景技术

深埋隧洞围岩的初始应力场通常具有静水应力场特征，因此，圆形隧道是深埋隧道的一种常用断面形式。根据压力拱结构力学特征把深埋隧道压力拱分为拱脚型和封闭型两类，见图1。通常深埋圆形隧道在压力拱的自稳条件下，围岩扰动区可以主要分为以下几部分：破碎损伤区(包括残余强度区)、塑性强化区、弹性区。围岩具有不同的矿物组成和结构构造特征，同时受随时间不断变化的地质作用影响，使得围岩表现出强烈的不均匀性。在深埋圆形隧道中，不仅不同的隧道断面围岩具有不均匀性，并且在同一断面中的不同位置也具有不均匀性，如图2中的A、B、C三点及B、D、E三点，它们各自的物理力学性质就具有不均匀性。目前规范设计计算主要是基于围岩分级，选择典型断面进行围岩开挖后位移的计算，但由于每一个隧道断面上各点的不均匀性，选择哪一个断面作为设计计算的典型断面成为设计计算的关键，选择不合理，往往导致预测的预留变形量误差增大，从而轻则导致超挖或欠挖，重则导致支护设计不合理引发事故。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法。引入可靠度思想，采用随机理论，考虑围岩空间分布不均匀性的统计规律特征进行设计计算，提高设计的科学性。建立能考虑扰动区围岩空间不均匀性的隧道位移计算方法。

技术方案：本发明提供围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，

(1)建立隧道围岩空间不均匀性分布环向统计分析法，针对相同围岩级别、埋深近似的某一段隧道，构建考虑围岩空间分布不均匀性的位移计算可靠度典型断面，并获取该断面上每一点围岩的物理力学参数沿隧道轴向的概率统计函数，采用截断式正态分布拟合；

(2)基于空间不均匀性分布环向统计分析法，针对构建的考虑围岩空间分布不均匀性的位移计算可靠度典型断面，建立深埋圆形隧道位移理论积分计算方法；

(3)对围岩沿径向进行环向分层，根据每一层围岩的应力应变状态或根据应力状态和采用的本构模型确定其应变值，采用分层总和法思想近似求解理论积分法的近似值，获得不同可靠度下的围岩位移值，实现深埋环形封闭型压力拱圆形隧道预留变形量的可靠度设计。

进一步地，所述步骤(1)中概率统计函数分别为：

k∈(1，Q)，j∈(1，N)，

式中，E_j、σ_j、υ_j、c_j、是基于随机理论的设计单元段抽象典型断面围岩某一环层j的平均弹性模量、平均应力、平均泊松比、平均粘聚力、平均内摩擦角；g_j、p_j、h_j、k_j、t_j是该典型断面上某一环层j围岩的物理力学参数沿隧道轴向的概率统计函数；其中的μ、σ分别表示物理力学参数在任一断面任一环层上任一点统计的平均值和标准差。

进一步地，所述步骤(2)中深埋圆形隧道洞壁任一点位移理论积分公式如下：