一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法技术

本发明专利技术涉及一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法。该方法的工作原理是，当波浪持续作用在风化槽土体上时，一方面波浪压力在风化槽引起了滑塌力，另一方面风化槽自身重力也组成了滑塌力，循环压力使得风化槽土体出现强度衰减，衰减后土体强度具有的抵抗滑塌力阻止风化槽滑塌，若抵抗滑塌力小于滑塌力时，风化槽出现滑塌，失去稳定。本发明专利技术具有结构简单、结果可靠和使用方便的优点。结果可靠和使用方便的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法


[0001]本专利技术涉及基础建设领域，具体涉及一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法。

技术介绍

[0002]海底隧道是一种常见的地下结构形式，有些海底隧道围岩处于海底风化槽内，工程性质较差。正常海况下，隧道拱顶上覆风化槽能够保持自稳，但当遇到台风时，波浪对海底施加一循环压力，导致风化槽土体出现扰动，强度逐渐衰减，加之波浪处于波峰时，风化槽表面土体受到波浪压力作用，风化槽土体在隧道尚未进行支护时，可能因自重等作用出现塌落，出现工程事故。迄今为止，尚未见到有关方法对台风下海底隧道风化槽的稳定性进行判别。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，具有结构简单、结果可靠和使用方便的优点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，包括如下步骤：
[0005](1)确定海底隧道的宽度B、单次循环进尺L0和风化槽厚度H0；
[0006](2)确定百年一遇台风波浪时，风化槽处水动力参数，包括水深d、波高H、波长L、周期T0和持续作用时间T；
[0007](3)确定风化槽处土体水下的饱和重度γ
sat
；
[0008](4)确定百年一遇台风波浪在风化槽海床表面产生的波浪峰值压力p0；
[0009](5)确定波浪循环作用次数N；
[0010](6)确定土体在波浪循环荷载下作用次数为N时的衰减粘聚力c'、衰减内摩擦角和超孔隙水压力u；
[0011](7)确定隧道开挖后尚未支护时风化槽由重力引起的滑塌力T1；
[0012](8)确定隧道开挖后尚未支护时风化槽由波浪压力引起的滑塌力T2；
[0013](9)确定隧道开挖后尚未支护时风化槽总滑塌力T；
[0014](10)确定隧道开挖尚未支护时风化槽的抵抗滑塌力R；
[0015](11)判定台风波浪作用下海底隧道风化槽的稳定性。
[0016]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的工作原理是，当波浪持续作用在风化槽土体上时，一方面波浪压力在风化槽引起了滑塌力，另一方面风化槽自身重力也组成了滑塌力，循环压力使得风化槽土体出现强度衰减，衰减后土体强度具有的抵抗滑塌力阻止风化槽滑塌，若抵抗滑塌力小于滑塌力时，风化槽出现滑塌，失去稳定。本专利技术具有结构简单、结果可靠和使用方便的优点。
[0041](10)确定隧道开挖尚未支护时风化槽的抵抗滑塌力R。
[0042][0043](11)判定台风波浪作用下海底隧道风化槽的稳定性。
[0044]比较滑塌力T与抵抗滑塌力R的大小，若T＜R，则风化槽处于稳定状态；若T＝R，则风化槽处于失稳临界状态；若T＞R，则风化槽处于失稳状态。
[0045]实施案例
[0046]我国东部一省份修建海底公路隧道，前期勘察报告表明，隧道经过风化槽地带，为了确定台风波浪下风化槽的稳定性，采用本专利技术的方法进行预测。首先，根据隧道设计和施工方案，确定海底隧道的宽度B为14.0m，单次循环进尺L0为3.0m，风化槽厚度H0为27.6m。根据海洋气象水文资料，确定百年一遇台风波浪时，风化槽处水动力参数，包括水深d为9.9m，波高H为4.1m、波长L为52.4m，周期T0为5.9s，持续作用时间T为2.7h。利用钻机在风化槽内取原状土样，运回实验室，利用环刀法测试出土体的密度，然后乘以重力加速度得到风化槽处土体水下饱和重度γ
sat
为19.4kN/m3。确定百年一遇台风波浪在风化槽海床表面产生的波浪峰值压力p0为11.5kPa。确定波浪循环作用次数N为1647。
[0047]利用钻机取出的原状土样，在实验室里利用三个土样进行动三轴试验，
①
第一个土样，施加的静止围压和静止轴压大小σ1均为275kPa，进行固结完成后，轴向上施加正弦形式的动荷载σ
d
为5.75kPa，周期为5.9s，循环作用1647次后，停止动荷载，然后轴向上施加静载，直至土样出现破坏，测试出破坏时的轴向压力σ1'为428kPa；
[0048]②
第二个土样，施加的静止围压和静止轴压大小σ2均为367kPa，进行固结完成后，轴向上施加正弦形式的动荷载σ
d
为5.75kPa，周期为5.9s，循环作用1647次后，停止动荷载，测试出此时的超孔隙水压力为272kPa，然后轴向上施加静载，直至土样出现破坏，测试出破坏时的轴向压力为563kPa；
[0049]③
第三个土样，施加的静止围压和静止轴压大小σ3均为459kPa，进行固结完成后，轴向上施加正弦形式的动荷载为5.75kPa，周期为5.9s，循环作用1647次后，停止动荷载，然后轴向上施加静载，直至土样出现破坏，测试出破坏时的轴向压力为681kPa。
[0050]利用三个土样测试时，施加的静止围压和破坏轴向压力，即(275kPa，428kPa)、(367kPa，563kPa)、(459kPa，681kPa)，绘制出摩尔圆，求得循环作用1647次后的衰减粘聚力c'为25kPa、衰减内摩擦角为9
°
，超孔隙水压力u为275kPa。确定隧道开挖后尚未支护时风化槽由重力引起的滑塌力T1为22488kN。确定隧道开挖后尚未支护时风化槽由波浪压力引起的滑塌力T2为483kN。确定隧道开挖后尚未支护时风化槽总滑塌力T为22971kN。确定隧道开挖尚未支护时风化槽的抵抗滑塌力R为37158kN。由于T＜R，该风化槽在百年一遇台风波浪下处于稳定状态。
[0051]以上是本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本专利技术技术方案的范围时，均属于本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定海底隧道的宽度B、单次循环进尺L0和风化槽厚度H0；(2)确定百年一遇台风波浪时，风化槽处水动力参数，包括水深d、波高H、波长L、周期T0和持续作用时间T；(3)确定风化槽处土体水下的饱和重度γ
sat
；(4)确定百年一遇台风波浪在风化槽海床表面产生的波浪峰值压力p0；(5)确定波浪循环作用次数N；(6)确定土体在波浪循环荷载下作用次数为N时的衰减粘聚力c'、衰减内摩擦角和超孔隙水压力u；(7)确定隧道开挖后尚未支护时风化槽由重力引起的滑塌力T1；(8)确定隧道开挖后尚未支护时风化槽由波浪压力引起的滑塌力T2；(9)确定隧道开挖后尚未支护时风化槽总滑塌力T；(10)确定隧道开挖尚未支护时风化槽的抵抗滑塌力R；(11)判定台风波浪作用下海底隧道风化槽的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，其特征在于，步骤(3)中，确定风化槽处土体水下的饱和重度γ
sat
的方式为：利用钻机在风化槽内取原状土样，运回实验室，利用环刀法测试出土体的密度，然后乘以重力加速度得到其饱和重度γ
sat
。3.根据权利要求1所述的一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，其特征在于，步骤(4)中，百年一遇台风波浪在风化槽海床表面产生的波浪峰值压力p0的计算公式为：其中，ρ
w
为海水密度；g为重力加速度。4.根据权利要求1所述的一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，其特征在于，步骤(5)中，波浪循环作用次数N的计算公式为：N＝T/T0。5.根据权利要求1所述的一种台风波浪作用下海底隧道风化槽稳定性预测方法，其特征在于，步骤(6)中，确定土体在波浪循环荷载下作用次数为N时的衰减粘聚力c'、衰减内摩擦角和超孔隙水压力u的方式为：利用钻机取出的原状土样，在实验室里利用三个土样进行动三轴试验：
①
第一个土样，施加的静止围压和静止轴压大小均为σ1，σ1＝0.75(ρ
w
gd+0.5γ
sat
H0)，进行固结完成后，轴向上施加正弦形式的动荷载σ
d
，σ
d
＝0.5p0，周期为T0，循环作用N次后，停止动荷载，然后轴向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗才松，陈华艳，许力，陈军浩，周亦涛，常方强，王碧珍，林友峰，张泽群，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：