[发明专利]一种结合传递系数法计算滑坡体中隧道结构荷载的方法

权利要求书

1.一种结合传递系数法计算滑坡体中隧道结构荷载的方法，将位于滑坡体内部的隧道结构按照传递系数法计算的滑坡推力结合普氏平衡拱理论来计算隧道结构承受的荷载；采用三角形分布，将作用在隧道结构上的滑坡推力以三角形荷载考虑；其特征在于：该方法的实施过程如下：

(1)首先计算隧道结构所受的围岩压力值；取一点Q(x,y)，由于平衡压力拱上点受力平衡，根据普氏理论，得到其抛物线方程为：

式中：q—拱轴线上部岩体自重产生的均布荷载；T—平衡压力拱拱顶截面的水平推力；x—平衡拱抛物线任意一点Q的x坐标值；y—平衡拱抛物线任意一点Q的y坐标值；

当隧道发生变形后，平衡拱侧壁稳定时，平衡拱轴线的最大高度为

b₁—平衡拱轴线的最大高度；a₁—自然平衡拱轴线的最大跨度；f—普氏经验系数，与岩体的完整性和地下水有关；

根据朗肯土压力理论，破裂面角度与竖直夹角为：

其中：

平衡拱侧壁不稳定时，拱顶继续坍塌，自然平衡拱轴线的最大跨度：

式中：a—侧壁稳定时平衡拱的跨度；H—隧道高度；—松散体内摩擦角；

由式(1)—式(5)得：

Q点至Q点下方隧道距离为：

此时，得出Q点下方隧道支护结构处所受竖向荷载为：

式中：γ—Q点距离下方隧道之间松散岩体的加权重度平均值；

为了求得隧道拱顶所受整体荷载，进行积分得：

隧道边墙承受的侧向围岩压力为通过朗肯土压力计算得出：

式中：e₁—隧道侧墙所受梯形荷载上方最小值；e₂—隧道侧墙所受梯形荷载下方最大值；P_h—隧道边墙所受全部侧向围岩压力；

(2)通过传递系数法确定滑坡剩余下滑力P_i与剩余抗滑力F_i:

在使用传递系数法时，考虑隧道-滑坡体系的最不利截面，并简化为平面应变问题；根据传递系数法的假设，滑坡分块间作用力总是以平行于滑动面的方向作用于隧道结构；

在隧道下侧分块采用逆向计算剩余抗滑力，上侧近山侧采用剩余下滑力计算剩余下滑力，即可同时确定隧道近山侧结构所受滑坡推力及远山侧所受岩土抗力；若远山侧分块剩余抗滑力大于0，则证明隧道远山侧拱墙除了常规围岩压力外，还要受到下侧分块的岩土抗力作用；若远山侧分块的剩余抗滑力小于0，则证明下侧分块跟随滑坡体进行滑动，认为不对隧道边墙产生其他力的作用；

P_i-1—第i-1块滑体下滑力；

W_i-1—第i-1块滑体的自重；

α_i-1—第i-1块滑体滑面倾角；

ψ_i-2—第i-2块滑体下滑力传递系数；

—第i-1块滑体内摩擦角；

c_i-1—第i-1块滑体粘聚力；

l_i-1—第i-1块滑体滑面长度；

下方分块的剩余抗滑力：

特别地，当F_i+2≤0时，令F_i+2＝0，即：

作用在隧道结构范围内的滑坡推力为：

将作用隧道结构右侧的滑坡推力按水平和竖直方向分解：

将有可能作用在隧道结构左侧的滑坡剩余抗滑力按水平和竖直方向分解：

在普氏拱理论计算得到的常规围岩压力基础上考虑传递系数法计算的剩余下滑推力后，隧道结构右侧水平合力为：

隧道结构左侧水平合力为：

当F_i+20时：q_h左＝P_h+q_h2 式(25)

当F_i+2≤0时：q_h左＝P_h 式(26)

拱部竖直合力为：