[发明专利]一种隐伏溶洞与新建山岭隧道间安全距离确定方法

摘要

本发明属隧道工程领域，具体涉及隐伏溶洞与新建山岭隧道间安全距离确定方法，该方法通过利用ANSYS软件建立隐伏溶洞与隧道间距离为的有限元模型，模拟隧道施工顺序进行有限元求解，计算每次折减距离后对应隐伏溶洞与隧道间岩层的塑性应变能，建立溶洞与隧道间距离与隐伏溶洞与隧道间岩层塑性应变能变化序列，再计算能量突变特征值，当能量突变特征值小于等于0时输出隐伏溶洞与隧道间安全距离。本方法以隐伏溶洞与隧道间岩层能量突变为安全距离判据，确定出的安全距离比常规塑性区判据确定的安全距离小，克服了传统基于塑性区贯通进行隐伏溶洞与隧道间安全距离值模拟计算过程麻烦且结果不合理性的不足，保证了岩溶隧道的安全性，减小岩溶事故发生几率。

主权项

1.一种隐伏溶洞与隧道间安全距离确定方法，其特征在于，包括以下步骤：一、利用ANSYS软件建立隐伏溶洞与隧道间距离为h_i的有限元模型；二、模拟隧道施工顺序，利用ANSYS软件进行隧道施工过程数值模拟；三、计算每次折减距离后对应隐伏溶洞与隧道间岩层的塑性应变能，建立隐伏溶洞与隧道间距离h_i与隐伏溶洞与隧道间岩层塑性应变能变化序列；即，计算隐伏溶洞与隧道间中夹岩柱发生塑性应变单元的总应变能E(hk)=Σi=1nEm(hk)=Σi=1n∫vmσijϵij,pdvm,]]>式中，为隐伏溶洞与隧道间岩层的每一个进人塑性变形单元的塑性应变能，m为单元编号，h_k为隐伏溶洞与隧道间距离，σ_ij为单元应力，ε_ij,p为单元塑性应变，v_m为m单元体积，n为隐伏溶洞与隧道间岩层中发生塑性应变的单元个数；四、利用Matlab采用最小二乘法拟合建立隐伏溶洞与隧道间岩层能量4次多项式函数关系式E(h)=a₀+a₁h+a₂h²+a₃h³+a₄h⁴，式中a₀，a₁，a₂，a₃，a₄待拟合参数，采用广义线性回归模型，由最小二乘法求得拟合参数{a}=([H]^T[H])^-T[H]^T{E}；式中，{a}={{a₀,a₁,a₂,a₃,a₄}^T，{E}={E₁,E₂,…E_t}^T，[H]=1h1h12h13h141h2h22h23h24...............1htht2ht3ht4,]]>式中，t计算次数，即为隐伏溶洞与隧道间的距离折减次数；五、进行变量替换，转化为尖点突变标准函数形式，计算能量突变特征值Δ；令h=x-A，则所述函数关系式E(h)=a₀+a₁h+a₂h²+a₃h³+a₄h⁴可转化为E=b₄x⁴+b₂x²+b₁x+b₀，其中，b_i和a_i有如下对应关系;b0b1b2b4=A4-A3A2-A1-4A33A2-2A106A2-3A10010000a4a3a2a1a0,]]>则式E=b₄x⁴+b₂x²+b₁x+b₀可进一步化为尖点突变的标准函数形式E‾=14x4+12ux2+vx,]]>式中，E‾=E4b4,]]>根据尖点突变理论，得到能量突变特征值为Δ=4u³+27v²；六、如所述能量突变特征值Δ>0，则返回步骤一按以下步骤折减隐伏溶洞与隧道间距离h_i，按上述步骤重新计算能量突变特征值，直至该能量突变特征值Δ≤0为止，然后将隐伏溶洞与隧道间距离加0.1m后，输出隐伏溶洞与隧道间安全距离：如果隐伏溶洞与隧道间距离为h_i大于2倍隐伏溶洞跨度，则以2m间隔折减隐伏溶洞与隧道间距离进行反复折减计算，当减小到隐伏溶洞与隧道间距离h_i小于1倍隐伏溶洞跨度时候，再逐渐以lm的间隔逐渐减小进行反复折减计算，当减小到隐伏溶洞与隧道间距离h_i小于1倍隐伏溶洞跨度时候，再逐渐以0.1m的间隔逐渐减小进行反复折减计算，直到能量突变特征值Δ≤0为此。