[发明专利]预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法

权利要求书

1.一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)运用三维源汇法原理，得到半无限体内单位体积空隙引起的空间任一点应力增量解答；

(2)根据盾构沿曲线路径掘进特点，确定实际掘进期间的地层损失量；

(3)开发盾构沿曲线路径掘进时由实际地层损失量导致的周围土体应力场沿轴线方向及环开挖面方向变化的计算程序，以获得所述盾构沿曲线路径掘进时沿轴线方向变化的地层应力以及环开挖面变化的地层应力。

2.根据权利要求1所述的一种预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法，其特征在于步骤(1)包括以下步骤：

(1.1)假设土体为无边界的无限体，给出在所述无限体中点F(x₀,y₀,z₀)处的单位体积空隙引起点P(x,y,z)处的位移分量S_k1：

式中：

k为函数自变量，为x或y或z；

(k–k₀)＝(x–x₀)、(y–y₀)、(z–z₀)中的一种；

r₁＝[(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²]^1/2；

(1.2)获得点F(x₀,y₀,z₀)的镜像位置点F′(x₀,y₀,–z₀)处大小相等的体积膨胀在点P(x,y,z)处的位移分量：

式中：

m为x或y；

(m–m₀)＝(x–x₀)或(y–y₀)；

r₂＝[(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z+z₀)²]^1/2；

(1.3)已知弹性力学基本方程，得到步骤(1.1)和步骤(1.2)产生的应变、应力解答：

式中：

k为函数自变量，为x或y或z；

S_k2引用S_m2的计算公式；

m＝x，或y；

G为土体剪切模量；

μ为土体泊松比；

(1.4)获得以上两步产生沿m轴方向的应力计算程序：

其中：

m轴是指x轴或y轴；

(m,n)＝(x,y)，或(y,x)；

所述两步是指所述无限体内的空隙及其镜像间隙引起任意点应力分量的解答，为符合实际边界条件，即半无限体条件，应将前两步在地表产生的剪应力(Gγ_xz；Gγ_yz)反方向作用于地表，可求得其产生的应力分量：

式中：

b、c、u、t均为函数自变量；

r₃＝[(x-u)²+(y-t)²+z²]^1/2；

以上3步解答之和即为半径为1的空隙引起的任一点应力增量解答，从而单位体积空隙产生的应力增量为：