[发明专利]上软层厚度与倾角对隧道掌子面稳定性的确定方法

摘要

本发明公开了一种上软层厚度与倾角对隧道掌子面稳定性的确定方法。本发明主要包括，(1)根据隧道掌子面的软硬地层分界面倾角，判断掌子面失稳是发生在上部软地层内，还是发生于软硬分层界面的复合破坏；(2)根据隧道埋深、围岩条件、掌子面上部软地层厚度、隧道开挖高度，确定隧道掌子面破坏体顶部的竖向压力；(3)计算掌子面塌方体重力；(4)计算滑裂面上的下滑力；(5)计算滑裂面上的抗滑力；(6)安全系数的确定。本发明解决了上软下硬等软硬不均地层稳定性评估难的问题，有利于提前采取应对措施；通过改变上部软地层的力学参数，可以得到围岩加固效果应满足的相关要求，从而保障隧道施工安全。

主权项

1.一种上软层厚度与倾角对隧道掌子面稳定性的确定方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：(1)根据隧道掌子面的软硬地层分界面倾角，判断掌子面失稳是发生在上部软地层内，还是发生于软硬分层界面的复合破坏的判断方法如下：(Ⅰ)如果软硬地层分界面倾角则掌子面失稳是发生在上部软地层内，掌子面失稳体的滑裂角(Ⅱ)如果软硬地层分界面倾角则掌子面失稳是发生于软硬分层界面的复合破坏，掌子面失稳体的滑裂角a＝θ；其中，θ为软硬地层分界面倾角；为上部软地层的内摩擦角；a为掌子面失稳体的滑裂角；(2)根据隧道埋深、围岩条件、掌子面上部软地层厚度、隧道开挖高度，确定隧道掌子面破坏体顶部的竖向压力，其计算公式如下：其中，p为隧道掌子面破坏体顶部的竖向压力；γ为掌子面上部软地层重度；b为隧道开挖跨度的一半；H为隧道埋深，即地表到隧道拱顶的垂直距离；σ_s为地表超载；λ为侧压力系数；φ₀为掌子面上部软地层的似摩擦角，其由下式确定：(3)计算掌子面塌方体重力，其按下式确定：其中，W为掌子面塌方体重力；h为掌子面上部软地层厚度；(4)计算滑裂面上的下滑力，其按下式确定：其中，F_下滑力为滑裂面上的下滑力；(5)计算滑裂面上的抗滑力，其按下式确定：其中，F_抗滑力为滑裂面上的抗滑力；c为上部软地层黏聚力；(6)安全系数按下式确定：其中，K为安全系数；上式中含有掌子面上部软地层厚度h，掌子面失稳体的滑裂角a，且a与软硬地层分界面倾角θ有关；则可通过改变掌子面上部软地层的位置以及软硬地层分界面的倾角，获得不同上部软地层厚度以及软硬地层分界面倾角下掌子面的稳定性。