[发明专利]一种考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖确定方法

权利要求书

1.一种考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、确定隧洞开挖设计半径r_a；

步骤二、隧洞围岩塑性区应力分析，过程如下：

步骤201、确定深埋软岩隧洞岩体的起塑条件：σ_θp＝ξσ_rp+σ_c，其中，σ_θp为深埋软岩隧洞岩体中的切向最大主应力，σ_rp为深埋软岩隧洞岩体中的径向最小主应力，ξ为压力系数且φ为深埋软岩隧洞岩体内摩擦角，σ_c为深埋软岩隧洞岩石单轴抗压强度且c为深埋软岩隧洞岩体内聚力；

步骤202、确定深埋软岩隧洞岩体的塑性区静力平衡方程：r为隧道已开挖边界至塑性区和弹性区交界处的距离；

步骤203、将深埋软岩隧洞岩体的起塑条件带入深埋软岩隧洞岩体的塑性区静力平衡方程中得求解此微分方程得其中，C为第一积分常数，利用边界条件r＝r_a处σ_rp＝0，得

得深埋软岩隧洞开挖设计半径下塑性区应力计算结果

步骤三、确定围岩塑性区半径：根据弹性分布的二次应力状态结论σ_θp+σ_rp＝2p₀，并令r＝R_p，得因此其中，p₀为初始应力，R_p为塑性区半径；

步骤四、确定围岩塑性区和弹性区交界处应力：将步骤三中R_p带入步骤二的塑性区应力计算结果中得围岩塑性区和弹性区交界处应力

步骤五、确定塑性区位移，过程如下：

步骤501、根据弹塑性力学理论，塑性区内的应力与应变在三维状态下有其中，σ为塑性区内平均应力，σ_z为深埋软岩隧洞岩体中的轴向应力，ε为塑性区内平均应变，ε_θp为深埋软岩隧洞岩体中的切向应变，ε_rp为深埋软岩隧洞岩体中的径向应变，ε_z为深埋软岩隧洞岩体中的轴向应变；

步骤502、利用广义胡克定理得其中，μ₀为塑性区岩石静态泊松比，E₀为塑性区岩石静态弹性模量；

经推导

由于深埋软岩隧洞断面为轴对称结构，可将其转化为平面应变问题，则由塑性区内平面应变的应力应变关系可得ε_z＝0,σ_z＝σ，其中，ψ为塑性模数；

步骤503、在塑性状态下，深埋软岩隧洞岩体受力后的位移与应变仍然保持弹性状态下的关系，即求导后经积分后可求得将带入得其中，C'为第二积分常数；

步骤504、再利用边界条件r＝R_p,ψ＝1确定第二积分常数σ'_θp为塑性区边界上的切向最大主应力，σ'_rp为塑性区边界上的径向最小主应力，

则塑性模数为

步骤505、由径向位移的几何方程和塑性应力应变关系式可得塑性区内的径向位移

步骤六、引入施工扰动计算有效内黏聚力和有效内摩擦角：有效内摩擦角有效内黏聚力其中，m_i为深埋软岩隧洞完整岩石质量系数，GSI为地质强度指标，D为工程扰动程度且0≤D＜1，σ₃为最小主应力，σ_ce为深埋软岩隧洞岩石有效单轴抗压强度且

步骤七、引入施工扰动获取塑性区有效半径其中，ξ_e为有效压力系数且

因此得到引入施工扰动影响下的围岩塑性区内有效径向位移

步骤八、确定施工扰动下的深埋软岩隧洞预留开挖半径为r_a+u_e。

2.按照权利要求1所述的一种考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖确定方法，其特征在于：所述深埋软岩隧洞为圆形深埋软岩隧洞。

3.按照权利要求1所述的一种考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖确定方法，其特征在于：所述地质强度指标GSI和深埋软岩隧洞完整岩石质量系数m_i均基于H—B准则选取，工程扰动程度D基于M—C准则选取。