【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道施工，具体涉及一种水下隧道近断层下盘开挖进尺安全性计算方法。
技术介绍
1、已故院士王梦恕提出，21世纪是隧道与地下工程的世纪。在国家碳达峰、碳中和的战略中，隧道与地下工程也是大有可为的，如地下储能、地下交通（节约资源）等。在修建隧道与地下工程过程中，如果遇到断层破碎带，特别是富水断层，则有诱发隧道塌方、突水突泥的风险。例如宜万铁路齐岳山隧道ｆ11高压富水断层，隧道穿越ｆ1 1断层时 暗河水可能被断层导入隧道 发生大规模突水突泥灾害 被国内隧道专家和同行公认为世界性难题。因此，开展隧道与水下隧道近断层安全施工，特别是开挖进尺研究具有十分重要的工程意义与科学价值。
2、目前关于水下隧道近断层开挖进尺的研究很少，既有少量文献与专利研究了隧道在无断层情况下的进尺，未能提供一种评估水下隧道近断层下盘开挖进尺安全性的理论分析方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种水下隧道近断层下盘开挖进尺安全性计算方法。本专利技术可以判断隧道开挖进尺是否满足要求，同时本专利技术的方法可以确定不同断层倾角与断层水压力下，隧道不同开挖进尺下的隧道安全系数，从而为水下隧道近断层安全施工提供依据。
2、本专利技术的水下隧道近断层下盘开挖进尺安全性计算方法，包括如下顺序的步骤：
3、(1)水下隧道进尺段破坏面尺寸之间的几何与及角度关系：
4、；
5、；
6、；
7、；
8、；
9
10、；
11、；
12、；
13、式中： laf为a点与f点之间的长度； lag为a点与g点之间的长度，即防断层突水厚度； φ为围岩内摩擦角； a1为边oa与边ab之间的夹角； β为断层倾角； a2为边ob与边ab之间的夹角； a3为边oe与边ef之间的夹角； loa为o点与a点之间的长度； len为隧道开挖进尺； lob为o点与b点之间的长度； loe为o点与e点之间的长度； lof为o点与f点之间的长度； lbe为b点与e点之间的长度； lef为e点与f点之间的长度；
14、(2)断层水压力外力功率：
15、；
16、式中：ww为断层水压力外力功率； pw为断层水压力； v0为块体abef的速度；
17、(3)围岩重力外力做功功率，其包括如下步骤：
18、（ⅰ）根据上述计算块体各边长关系得到块体的面积：
19、；
20、；
21、；
22、式中：soab为块体oab的面积；sofe为块体ofe的面积；sabef为块体abef的面积；
23、（ⅱ）围岩重力外力功率wγ为块体重力与速度竖向分量的乘积，则根据上述得到块体的面积与速度可以得到：
24、；
25、式中：wγ为围岩重力外力功率；γ为围岩重度；
26、(4)外力功率为：
27、；
28、式中：w为外力功率；
29、(5)围岩内能耗散功率为：
30、；
31、式中： ed为围岩内能耗散功率； c为围岩黏聚力；
32、(6)安全系数为：
33、；
34、式中：fos为安全系数；
35、(7)判断是否安全：
36、若，则开挖进尺满足允许安全系数，施工安全；
37、若，则开挖进尺不满足允许安全系数，施工不安全；
38、式中：[ fos]为允许安全系数。
39、本专利技术与现有技术和研究方法相比，具有如下的优点：
40、目前关于水下隧道开挖进尺的研究很少，既有少量文献是采用数值模拟不同进尺下隧道的变形规律，未能提供一种理论上的分析方法。
41、本专利技术为确定水下隧道近断层施工的合理开挖进尺提供了计算方法；据此可以评价开挖进尺是否安全，以及在允许安全系数下合理的安全开挖进尺是多少；进而可以确定不同断层倾角与断层水压力下，以及不同开挖进尺下的隧道安全系数，从而为水下隧道近断层安全施工提供依据。本专利技术的方法，亦可以应用于采矿巷道、水工隧洞等地下工程在近水下断层或富水断层或富水节理裂隙处合理开挖进尺的确定等。
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1.一种水下隧道近断层下盘开挖进尺安全性计算方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
【技术特征摘要】
1.一种水下隧道近断层下盘开挖进尺安全性...
【专利技术属性】
技术研发人员：安永林，周鲁云，李生辉，刘文娟，郭晋东，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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