[发明专利]一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法

权利要求书

1.一种软土地层盾构泥水劈裂破坏预判方法，其特征在于，根据裂缝最终扩展长度和伸展到地表时最大长度来判断是否发生劈裂破坏，具体包括以下步骤：

S1、根据工程设计和施工方案确定隧道参数、地层参数、泥水参数、泥水支护压力和预设的盾构掘进参数，包括：

根据软土地层盾构隧道设计与施工方案，确定盾构直径D，隧道覆土厚度H；在隧道沿线获取隧道上覆地层土样，对土样进行重度试验、内摩擦角、粘聚力、抗拉强度和静止侧压力系数试验，以确定施工现场内土的重度γ，内摩擦角粘聚力c，抗拉强度σ_t，静止侧压力系数K₀；同时测量所采用盾构泥水的粘度、密度和屈服应力，以确定盾构施工所用泥水的泥水粘度μ，泥水重度γ_m，屈服应力τ；制定的盾构掘进方案中，确定对应预设的泥水支护压力P₀；盾构的掘进速度V_d；

S2、计算在同时考虑拉伸破坏准则和剪切破坏组合判定准则情况下的盾构泥水劈裂启动压力，包括：

泥水劈裂启动压力p_c的计算公式为：

p_c＝min(p_t,p_s)

式中：p_t是由拉伸破坏模式确定的劈裂启动压力；p_s是由剪切破坏模式确定的劈裂启动压力；

拉伸破坏模式下的劈裂启动压力P_t的计算公式为：

p_t＝(1+K₀)γH+2cos2θ(1-K₀)γH+σ_t

式中：K₀是地层的静止侧压力系数；γ是地层的重度；H是隧道覆土厚度；σ_t是抗拉强度；θ是裂缝和隧道轴线之间夹角；

剪切破坏模式下的劈裂启动压力P_s的计算公式为：

式中：K₀是地层的静止侧压力系数；γ是地层的重度；H是隧道覆土厚度；σ_t是抗拉强度；是内摩擦角；c是粘聚力；

通过以上公式可推出：

S3、根据获得的相关参数以及所述盾构泥水劈裂启动压力建立盾构泥水劈裂伸展模型；

S4、基于所述盾构泥水劈裂伸展模型，计算盾构泥水劈裂裂缝的最终长度L_s和伸展到地表的最大长度L_max，当L_s＜L_max时，预判盾构泥水劈裂破坏不会发生；当L_s≥L_max时，预判盾构泥水劈裂破坏具有发生的风险，并执行步骤S5-S8；

S5、计算盾构泥水劈裂任意处的泥水压力和单位时间的泥水流量；

S6、基于所述泥水压力和泥水流量的计算结果建立盾构泥水劈裂裂缝随时间伸展长度的关系；

S7、根据所述盾构泥水劈裂裂缝随时间伸展长度的关系，通过简化的渐进算法来确定盾构泥水劈裂裂缝的伸展状况；

S8、计算盾构盾壳覆盖住劈裂裂纹裂口的时间，并根据计算获得的盾构泥水劈裂裂缝伸展状况预测数据，判断在所述盾构盾壳覆盖住劈裂裂纹裂口的时间内，盾构泥水劈裂裂缝能否伸展到地表，预测盾构泥水劈裂引起泥水劈裂破坏的风险。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地层的静止侧压力系数K₀＜1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述S3包括：

将劈裂裂缝假定为朝向地面伸展的平面，并将泥水劈裂路径假定为椭圆形，椭圆的短轴是隧道直径，长轴取决于裂缝的伸展长度，裂缝和隧道轴线之间夹角为θ，裂缝的厚度为d。