[发明专利]计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法及系统

权利要求书

1.一种计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法，其特征在于，包括：

S1：通过弹性波动力学及Snell定理对P波入射关键块体传播路径进行推导计算，获得P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值；

S2：构建基于弹性地基梁理论的喷射混凝土支护力学模型，通过所述喷射混凝土支护力学模型计算获得喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max；

S3：通过所述P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值和所述喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max，计算获得关键块体的安全系数K。

2.根据权利要求1所述的计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法，其特征在于，步骤S1具体为：

入射J1节理的入射波P₁表示为：

P₁(t-L₁/c_p)

其中，t为应力波在关键块体内传播的时间，L₁为应力波从出发点传播至J1节理所走的距离，C_p为纵波波速；

入射波P₁的应力波从J1节理传播至J2节理的距离表示为：

L₂＝x_i(tanα₁+tanα₂)

其中，X_i为入射应力波的空间坐标，α₁为J₁节理与水平方向的夹角，α₂为J2节理与水平方向的夹角；

则入射J2节理的入射波P₁可表示为：

P₁(t-L₁/c_p)(T_P(t-L₂/c_p))

通过计算获得入射波P₁入射关键块体造成块体J1与J2节理的正应力值及剪切应力值，具体的计算公式为：

其中，i为虚数单位，k_n为应力波波数，λ_n为拉梅常数，μ_n为岩体剪切模量，为应力波振动方向矢量，为应力波传播方向矢量，A_n为应力波振动幅值，η_n为k_n(x·p⁽ⁿ⁾-c_nt)，x为应力波空间坐标，c_n为应力波横波或纵波波速；

重复上述步骤，获取入射波P₂入射关键块体造成块体J1与J2节理的正应力值及剪切应力值，和入射波P₃入射关键块体造成块体J1与J2节理的正应力值及剪切应力值；

所述P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值，为P₁、P₂和P₃对应的正应力值及剪切应力值的叠加值。

3.根据权利要求1所述的计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法，其特征在于，步骤S2中，所述通过所述喷射混凝土支护力学模型计算获得喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max，具体为：

喷射混凝土支护力学模型计算获得喷射混凝土与围岩间的接触应力q表示为：

q＝ky

其中，k为围岩弹性抗力系数；y为弹性地基梁在重力作用下的位移；

y可表示为：

其中，弯矩M₀与剪力Q₀为初参数，α为弹性地基梁的弹性特征值，x为喷层梁与围岩地基接触面上任一点到荷载的距离；

弹性地基梁的弹性特征值α的计算公式为：

其中，E为喷射混凝土的弹性模量；h为喷射混凝土厚度；I为地基梁刚度。

喷射混凝土与围岩间的接触应力q的最大值发生在x＝o处，此时M₀＝0，Q₀＝P，则所述喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max的计算公式为：

其中，u_m为块体底部周长，W为关键块体重量。