一种土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法技术

本发明专利技术公开了一种土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法，它主要包括如下步骤：建立土质地层浅埋不等跨隧道破坏模式；计算黏聚力由非线性破坏准则得到；计算各个破坏块体之间的速度关系与边长关系；计算土质围岩重力做功功率；计算土质围岩内能耗散功率；计算支护反力做功功率；根据能量守恒原理，并结合约束条件，求解支护反力，即可得到围岩压力。本发明专利技术为确定浅埋不等跨隧道的围岩压力提供了计算方法，且能考虑两个隧道相对大小的影响，以及相对位置的影响，弥补了目前铁路/公路隧道设计规范、地下铁道设计规范等地下工程相关规范中没有不等跨隧道围岩压力确定方法的不足，可以为土质地层不等跨隧道衬砌设计与安全评估提供依据。提供依据。提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法


[0001]本专利技术属于隧道设计与施工
，具体涉及一种土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法。

技术介绍

[0002]在隧道开挖中，施加在支护结构上的围岩压力极为重要。确定隧道开挖后围岩压力的大小，可保障隧道施工安全，并减少不必要的安全冗余，节省施工开支。对于分岔隧道来说，其断面情况复杂，小净距段的两隧道净距不断变化，且两隧道断面根据需要会出现不等跨的情况，规范中对此未有明确的设计标准，前人在此方面的研究也较少。
[0003]目前，对围岩压力的研究主要集中在单洞隧道以及等跨隧道的情况，且铁路隧道设计规范、公路隧道涉及规范均有提及单洞或等跨双洞的，但规范却没有涉及到不等跨隧道围岩压力的，至于如何计算浅埋不等跨隧道的围岩压力相关文献很少。而围岩压力是隧道设计与施工的基础参数之一，也是影响隧道稳定的重要因素。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法。
[0005]本专利技术的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：
[0006]本专利技术的土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法，包括如下顺序的步骤：
[0007](1)建立T1洞与T2洞土质浅埋不等跨隧道围岩压力破坏模式；该破坏模式中，由于浅埋，围岩破坏到地表；该破坏模式可以考虑两个隧道跨度不相等、埋深不相等的情况，即T1洞与T2洞跨度不同，T1洞与T2洞的埋深不同；其中，T1洞为大跨洞，T2洞为小跨洞；
[0008](2)土质围岩采用非线性破坏准则，其中，计算黏聚力由下式确定：
[0009][0010]式中，c
t
为计算黏聚力；m为非线性系数；c0为土体初始黏聚力；σ
t
为轴向拉应力；为计算摩擦角；
[0011](3)计算各个破坏块体之间的速度关系与边长关系，其包括如下步骤：
[0012](Ⅰ)确定各破坏块体部分的速度场；
[0013]T1洞上部破坏块体由矩形块体AB1J1J2、矩形块体AJ2J3D、矩形块体DJ3J4C1组成，各矩形块体速度v0，竖直向下；T1洞左侧由各三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
组成，其中，i＝2,3,...,n，为T1洞左侧三角形块体个数；各三角形块体移动速度v
,i
，相对速度v
i
‑
1,i
；各三角形块体之间速度矢量与间断线夹角即计算摩擦角其单块块体的各个速度满足矢量闭合；对矩形块体AB1J1J2与三角形块体ΔAB1B2隔离体进行分析；
[0014]将T1洞左侧其余各三角形块体速度矢量关系图以同样的方法构建，即可得到各三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
对应速度矢量关系；
[0015]以同样的方法推导出其它三角形块体速度矢量关系，其中，T1洞右侧各三角形块体ΔDC1M0，三角形块体ΔDM0C3，三角形块体ΔDC3C4、....、三角形块体ΔDC
i
‑1C
i
，三角形块体ΔDC
m
C的角度以α'、β'标识，速度以v'标识；T2洞左侧各三角形块体ΔEF1M0，三角形块体ΔEM0F3，三角形块体ΔEF
3 F4、....、三角形块体ΔEF
i
‑1F
i
，三角形块体ΔEF
S
F的角度以α”、β”标识，速度以v”标识；T2洞右侧各三角形块体ΔHG1G2，三角形块体ΔHG2G3、....、三角形块体ΔHG i
‑1G
i
，三角形块体ΔHG
t
G的角度以α”'、β”'标识、速度以v”'标识；
[0016](Ⅱ)计算速度与边长的关系；
[0017]取T1洞左侧各三角形块体分析，对于三角形块体ΔAB1B2，可得v1、v
0,1
与v0之间的递推关系：
[0018][0019][0020]式中，α1为边B1B2与边B2A的夹角；β1边B1A与边B2A的夹角；
[0021]对于其余三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
，可得v
i
、v
i
‑
1,i
与v
i
‑1之间的递推关系：
[0022](其中i＝2，
…
，n)；
[0023](其中i＝2，
…
，n)；
[0024]式中，α
i
为T1洞左侧三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
的边B
i
‑1B
i
与边B
i
A的夹角；β
i
为T1洞左侧三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
的边B
i
‑1A与边B
i
A的夹角；
[0025]同理，可得T1洞右侧各三角形块体与T2洞左、右两侧各三角形块体速度递推关系；
[0026]以T1洞左侧各三角形块体分析，可以得到各三角形块体之间的边长关系：
[0027][0028][0029](其中i＝n，
…
，2)；
[0030](其中i＝n，
…
，2)；
[0031](4)计算土质围岩重力做功功率，其包括如下步骤：
[0032](Ⅰ)土质围岩重力功率P
W
为各块体重力与竖向速度分量的乘积之和，则根据上述计算各块体边长与速度得到各块体之间的面积：
[0033][0034][0035][0036](其中i＝n，
…
，2)；
[0037]式中，H1、H2、BT1、BT2、h1、h2为已知参量，即H1为T1洞埋深，H2为T2洞埋深，BT1为T1洞跨度，BT2为T2洞跨度，h1为T1洞高度，h2为T2洞高度；为T1洞洞顶上部四边形块体B1J1J4C1的面积；为T2洞洞顶上部四边形块体G1J7J4F1的面积；为T1洞左侧三角形块体ΔABB
n
的面积；
[0038](Ⅱ)T1洞右侧各三角形块体与T2洞左、右侧三角形块体其面积表达式与上述相似，即重力做功功率为：
[0039]对于T1洞，土体重力做功功率为：
[0040][0041]同理，对于T2洞，土体重力做功功率为：
[0042][0043][0044]式中，γ为土体重度；为T1洞周边各破坏块体土体重力做功功率；为T2洞周边各破坏块体土体重力做功功率；P
W
为两不等跨隧道即T1洞和T2洞周边整个破坏块体土体重力做功功率；
[0045]为T1洞右侧三角形块体ΔDCC
m
的面积；v
n
为T1洞左侧三角形块体ΔABB
n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土质地层浅埋不等跨隧道围岩压力确定方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：(1)建立T1洞与T2洞土质浅埋不等跨隧道围岩压力破坏模式；该破坏模式中，由于浅埋，围岩破坏到地表；该破坏模式可以考虑两个隧道跨度不相等、埋深不相等的情况，即T1洞与T2洞跨度不同，T1洞与T2洞的埋深不同；其中，T1洞为大跨洞，T2洞为小跨洞；(2)土质围岩采用非线性破坏准则，其中，计算黏聚力由下式确定：式中，c
t
为计算黏聚力；m为非线性系数；c0为土体初始黏聚力；σ
t
为轴向拉应力；为计算摩擦角；(3)计算各个破坏块体之间的速度关系与边长关系，其包括如下步骤：(Ⅰ)确定各破坏块体部分的速度场；T1洞上部破坏块体由矩形块体AB1J1J2、矩形块体AJ2J3D、矩形块体DJ3J4C1组成，各矩形块体速度v0，竖直向下；T1洞左侧由各三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
组成，其中，i＝2,3,...,n，为T1洞左侧三角形块体个数；各三角形块体移动速度v
,i
，相对速度v
i
‑
1,i
；各三角形块体之间速度矢量与间断线夹角即计算摩擦角其单块块体的各个速度满足矢量闭合；对矩形块体AB1J1J2与三角形块体ΔAB1B2隔离体进行分析；将T1洞左侧其余各三角形块体速度矢量关系图以同样的方法构建，即可得到各三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
对应速度矢量关系；以同样的方法推导出其它三角形块体速度矢量关系，其中，T1洞右侧各三角形块体ΔDC1M0，三角形块体ΔDM0C3，三角形块体ΔDC3C4、....、三角形块体ΔDC
i
‑1C
i
，三角形块体ΔDC
m
C的角度以α'、β'标识，速度以v'标识；T2洞左侧各三角形块体ΔEF1M0，三角形块体ΔEM0F3，三角形块体ΔEF
3 F4、....、三角形块体ΔEF
i
‑1F
i
，三角形块体ΔEF
S
F的角度以α”、β”标识，速度以v”标识；T2洞右侧各三角形块体ΔHG1G2，三角形块体ΔHG2G3、....、三角形块体ΔHG
i
‑1G
i
，三角形块体ΔHG
t
G的角度以α”'、β”'标识、速度以v”'标识；(Ⅱ)计算速度与边长的关系；取T1洞左侧各三角形块体分析，对于三角形块体ΔAB1B2，可得v1、v
0,1
与v0之间的递推关系：系：式中，α1为边B1B2与边B2A的夹角；β1边B1A与边B2A的夹角；对于其余三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
，可得v
i
、v
i
‑
1,i
与v
i
‑1之间的递推关系：
式中，α
i
为T1洞左侧三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
的边B
i
‑1B
i
与边B
i
A的夹角；β
i
为T1洞左侧三角形块体ΔAB
i
‑1B
i
的边B
i
‑1A与边B
i
A的夹角；同理，可得T1洞右侧各三角形块体与T2洞左、右两侧各三角形块体速度递推关系；以T1洞左侧各三角形块体分析，可以得到各三角形块体之间的边长关系：洞左侧各三角形块体分析，可以得到各三角形块体之间的边长关系：洞左侧各三角形块体分析，可以得到各三角形块体之间的边长关系：洞左侧各三角形块体分析，可以得到各三角形块体之间的边长关系：(4)计算土质围岩重力做功功率，其包括如下步骤：(Ⅰ)土质围岩重力功率P
W
为各块体重力与竖向速度分量的乘积之和，则根据上述计算各块体边长与速度得到各块体之间的面积：块体边长与速度得到各块体之间的面积：块体边长与速度得到各块体之间的面积：块体边长与速度得到各块体之间的面积：式中，H1、H2、BT1、BT2、h1、h2为已知参量，即H1为T1洞埋深，H2为T2洞埋深，BT1为T1洞跨度，BT2为T2洞跨度，h1为T1洞高度，h2为T2洞高度；为T1洞洞顶上部四边形块体B1J1J4C1的面积；为T2洞洞顶上部四边形块体G1J7J4F1的面积；为T1洞左侧三角形块体ΔABB
n
的面积；(Ⅱ)T1洞右侧各三角形块体与T2洞左、右侧三角形块体，其面积表达式与上述相似，即
重力做功功率为：对于T1洞，土...

【专利技术属性】
技术研发人员：安永林，李佳豪，刘文娟，贺建清，周进，谭格宇，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：