【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下洞室岩柱稳定性评价领域，具体涉及一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法。
技术介绍
1、在地下工程建设中，经常会遇到隧道或地下洞室平行布置的情况。洞室间的岩体称为岩柱，其稳定性在洞室开挖前需要得到正确评估，以免影响洞室的正常开挖和运营。在洞室高度确定的情况下，岩柱的厚度对洞室本身及洞室周边围岩的稳定性会产生影响。如果岩体厚度较大，即洞室相隔较远，建设成本较高，也可能影响洞室的正常功能；如果岩柱厚度较小，即洞室相隔较近，相邻洞室施工易相互作用，不利于岩柱和洞室的稳定性和安全性。因此，选择合适的岩柱厚度对于岩柱和相邻洞室的稳定性和安全性至关重要。窄岩柱一般定义为双洞室间宽高比不大于1的岩柱，其稳定性评价一直是岩柱稳定性评价的重点与难点。
2、目前对窄岩柱稳定性的评价主要采用经验法。首先，按照传统的安全系数定义，将岩柱强度与应力的比值定义为安全系数。然后将该安全系数与根据以往工程案例确定的安全系数对比，若前者大于后者，则评判该岩柱处于稳定状态；若前者不大于后者，则评判该岩柱将处于不稳定状态，易破坏失稳。然而，由于岩柱可能存在天然节理或者由于洞室爆破开挖导致岩柱内部存在裂纹，传统安全系数中准确估算岩柱强度具有一定的难度。而且，考虑到具体的工程案例可能与以往工程经验存在较大差异(比如不同地质情况、岩体力学性质、地应力等)，根据以往工程经验确定的安全系数可能并不适用于具体的工程案例。因此，具体工程问题需要具体分析，应根据工程案例的特点针对性地分析岩柱的稳定性。此外，如图1所示，传统的安全系数是从正应力的角度定
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，将从剪切应力角度定义的新安全系数与数值模拟方法结合起来，可以准确评价地下洞室窄岩柱的稳定性，有助于优化窄岩柱厚度设计，对于地下洞室群的合理布置和设计具有指导应用价值。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，包括以下步骤；
3、s1.对于宽高比为1的窄岩柱，采用rs2数值仿真软件建立地下洞室数值模型；
4、s2.通过地质勘察获取地下洞室所在区域的岩体比重、侧压系数和完整岩石强度，根据岩体比重与侧压系数，对数值模型的边界施加地应力；
5、s3.在数值模型中完成地下洞室开挖过程，开展弹塑性应力分析计算，获取数值模型中从剪切应力角度定义的窄岩柱新安全系数的平均值，若窄岩柱新安全系数的平均值达到预设的目标值，则获取窄岩柱平均应力值；若窄岩柱新安全系数的平均值未达到预设的目标值，则在数值模型中保持侧压系数不变，调整地应力值，使窄岩柱新安全系数的平均值达到预设的目标值，获取窄岩柱平均应力值；
6、s4.对于宽高比小于1的不同窄岩柱，分别重复以上步骤s1-s3，分别建立地下洞室数值模型并获取窄岩柱平均应力值；
7、s5.根据不同窄岩柱宽高比条件下获取的窄岩柱平均应力值，结合步骤s2中得到的完整岩石强度，绘制窄岩柱新安全系数曲线，其横坐标为窄岩柱宽高比，纵坐标为窄岩柱平均应力值与对应的完整岩石强度的比值；
8、s6.获取待评价的地下洞室开挖后窄岩柱平均应力值，结合待评价的地下洞室的完整岩石强度，计算待评价的地下洞室开挖后窄岩柱平均应力值与其完整岩石强度的比值，并结合待评价的地下洞室的窄岩柱的宽高比，确定数据点并与绘制的窄岩柱新安全系数曲线对比，从而评价地下洞室的窄岩柱的稳定性，评价标准为：若该数据点位于窄岩柱新安全系数曲线的下方，则评价窄岩柱是稳定的，反之则评价窄岩柱不稳定。
9、作为优选，步骤s1中，地下洞室数值模型的边界条件设置为四周固定位移边界，以便于调整地应力值，使得窄岩柱新安全系数的平均值达到目标值。此情形下，地应力直接施加到数值模型的边界，从而该数值模型不用考虑洞室真实埋深，因而适用于浅埋和深埋洞室。
10、作为优选，步骤s3中，窄岩柱新安全系数的平均值为窄岩柱高度一半的位置上的若干点处新安全系数的平均值，窄岩柱平均应力值为该若干点处应力值的平均值。由于洞室开挖导致窄岩柱应力重新分布，在窄岩柱高度一半的位置上，从窄岩柱表面到窄岩柱中心，应力分布不均匀，因此我们采用相同高度窄岩柱宽度范围内的若干点处新安全系数的平均值作为窄岩柱新安全系数的平均值，以避免采用岩柱单点处的新安全系数值从而高估或低估岩柱稳定性。类似地，窄岩柱新安全系数的平均值达到预设的目标值后，获取窄岩柱对应的若干点处的应力值，并求其平均值作为窄岩柱平均应力值。
11、作为优选，步骤s3中，窄岩柱新安全系数的预设的目标值根据已知的工程设计规范并结合具体工程地质情况确定。
12、作为优选，步骤s3中，窄岩柱新安全系数的预设的目标值为1.3～1.5。
13、作为优选，步骤s1中，获取的完整岩石强度为岩石单轴抗压强度，所述的岩石单轴抗压强度的获取方式为：在地下洞室所在区域对岩体取样后，根据标准astm d7012-23开展岩石单轴压缩试验获取。为减少误差，可采取多组岩石单轴压缩试验，取岩石单轴抗压强度的平均值为完整岩石强度。
14、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：区别于采用从正应力的角度定义的安全系数的传统经验法，本专利技术方法将从剪切应力角度定义的新安全系数与数值模拟方法结合起来，针对具体工程案例，利用数值模拟方法绘制出适用于具体工程的窄岩柱新安全系数曲线用于评价岩柱稳定性。本专利技术方法可以准确评价地下洞室窄岩柱的稳定性，有助于优化窄岩柱厚度设计，对于地下洞室群的合理布置和设计具有指导应用价值。
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1.一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，地下洞室数值模型的边界条件设置为四周固定位移边界。
3.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤S3中，窄岩柱新安全系数的平均值为窄岩柱高度一半的位置上的若干点处新安全系数的平均值，窄岩柱平均应力值为该若干点处应力值的平均值。
4.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤S3中，窄岩柱新安全系数的预设的目标值根据已知的工程设计规范并结合具体工程地质情况确定。
5.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤S3中，窄岩柱新安全系数的预设的目标值为1.3～1.5。
6.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，获取的完整岩石强度为岩石单轴抗压强度，所述的岩石单轴抗压强度的获取方式为：在地下洞室所在区域对岩体取样
...【技术特征摘要】
1.一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤s1中，地下洞室数值模型的边界条件设置为四周固定位移边界。
3.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法，其特征在于，步骤s3中，窄岩柱新安全系数的平均值为窄岩柱高度一半的位置上的若干点处新安全系数的平均值，窄岩柱平均应力值为该若干点处应力值的平均值。
4.根据权利要求1所述的一种地下洞室窄岩柱稳定性评价数值模拟方法...
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