[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

说明书

本发明公开了一种结合传递系数法计算滑坡体中隧道结构荷载的方法，包括：(1)首先计算常规条件下，隧道结构所受的围岩压力值；(2)通过传递系数法确定滑坡剩余下滑力与剩余抗滑力；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。本发明很大程度上改进了位于滑坡体内的隧道缺乏荷载理论解析的问题，针对隧道轴向与滑坡滑动方向正交、且隧道位于滑动面上方的几何关系，利用传递系数法计算滑坡推力，并引入在滑坡治理中提出的剩余抗滑力概念计算隧道远山侧荷载。本发明可以近似计算出滑坡体中的隧道承受滑坡推力荷载，为隧道结构的设计、加固提供了新的计算方法。

技术领域

本发明涉及到隧道-滑坡相互作用研究领域，具体涉及到对位于滑坡体中的隧道结构荷载的计算方法。

背景技术

当前越来越多的隧道建立在滑坡或潜在滑坡体当中，针对隧道轴向与滑坡滑动方向呈正交几何位置关系的情况，《公路隧道设计规范》只对常规荷载做了主要计算方法，并未针对滑坡推力这一特殊荷载进行计算方法的考虑。此外，当前对于隧道滑坡体系的研究，缺少对隧道结构受力的理论计算方法，而多采用数值模拟的方法进行隧道结构受力分析。

发明内容

对于这种情况，本发明提出一种针对隧道滑坡正交情况下的隧道支护结构受力的理论计算方法，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。

常规的滑坡推力分布形式通常有三角形、矩形和梯形三种，本发明采用符合实际情况的三角形分布，因此将作用在隧道结构上的滑坡推力以三角形荷载考虑。

(1)首先计算常规条件下，隧道结构所受的围岩压力值。假设隧道结构形成图1所示的压力平衡拱。假设取一点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(kN/m²)；T—平衡压力拱拱顶截面的水平推力(kN)；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(m)；a₁—自然平衡拱轴线的最大跨度(m)；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：

因此，平衡拱侧壁不稳定时，拱顶继续坍塌，此时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(m)；H—隧道高度(m)；—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，可以得出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(kN/m³)。

为了求得隧道拱顶所受整体荷载，对其进行积分，可得：

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：