【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下洞室衬砌支护评价领域，具体涉及一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法。
技术介绍
1、随着人口的增长，城市地面越来越难以满足人类对资源和空间的需要，人类转而逐渐向地下空间进军。近年来，随着地下空间的开发，越来越多交通隧道、地下洞室、综合管廊等基础设施正在建设与规划中。在隧道或地下洞室开挖过程后，应尽早开展混凝土初衬支护用于封闭围岩与提供初期支护。湿喷钢纤维混凝土有较成熟的施工工艺，已经较广泛地应用于地下工程中。
2、在地下工程设计阶段，主要采用数值仿真手段模拟地下洞室开挖与支护过程，并计算求解从而获取混凝土初衬的受力数据(轴力、剪力和弯矩)。然而目前混凝土初衬受力性能的简单评价主要是将安全系数定义为混凝土强度(最大允许受力或弯矩)与实际受力(力或者弯矩)的比值，并与相关工程设计标准规定的安全系数对比，若前者不小于后者，则混凝土初衬处于稳定状态。该种方法只是单一地通过混凝土初衬最大受力或最大弯矩结合安全系数用于评价混凝土初衬的稳定情况，并未考虑混凝土初衬弯矩-轴力的耦合、剪力-轴力的耦合。实际上，在弯矩-轴力耦合或剪力-轴力耦合条件下，混凝土初衬局部单元弯矩与轴力、或剪力与轴力均未达到极限值时，混凝土初衬局部可能已经出现断裂。因此，安全系数法难以全面、合理地评估混凝土初衬的受力性能与稳定性。
3、另一方面，目前有些混凝土初衬受力性能评估方法采用弯矩-轴力强度包络线考虑弯矩-轴力耦合，但并未同时考虑剪力-轴力耦合情况。而且这些方法认为假如若干混凝土初衬受力数据点处于强度包络线之外，则
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，提供一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，同时考虑弯矩-轴力的耦合与剪力-轴力的耦合，采用弯矩-轴力强度包络线与剪力-轴力强度包络线用于综合评估混凝土初衬的受力性能，同时，在混凝土初衬局部断裂时，在数值模型中采用新混凝土初衬惯性矩计算求解并对比强度包络线，从而评估混凝土初衬局部断裂后的受力性能。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，包括以下步骤；
3、s1.设计混凝土初衬的厚度，绘制混凝土初衬的弯矩-轴力强度包络线，记为m-n强度包络线；绘制混凝土初衬的剪力-轴力强度包络线，记为v-n强度包络线；
4、s2.建立地下洞室开挖与支护数值模型，采用完整混凝土初衬惯性矩作为输入参数进行数值模拟求解，输出的混凝土初衬受力数据点包括m-n数据点和v-n数据点，再将m-n数据点与m-n强度包络线对比，将v-n数据点与v-n强度包络线对比；
5、若m-n数据点位于m-n强度包络线内且v-n数据点位于v-n强度包络线内，则混凝土初衬是稳定的，否则，转至步骤s3；
6、s3.采用80％～90％完整混凝土初衬惯性矩作为输入参数重新进行数值模拟求解，输出的混凝土初衬受力数据点包括m-n数据点和v-n数据点，再将m-n数据点与m-n强度包络线对比，将v-n数据点与v-n强度包络线对比；
7、若m-n数据点位于m-n强度包络线内且v-n数据点位于v-n强度包络线内，则混凝土初衬是稳定的，否则，转至步骤s4；
8、s4.采用50％～60％完整混凝土初衬惯性矩作为输入参数重新进行数值模拟求解，输出的混凝土初衬受力数据点包括m-n数据点和v-n数据点，再将m-n数据点与m-n强度包络线对比，将v-n数据点与v-n强度包络线对比；
9、若m-n数据点位于m-n强度包络线内且v-n数据点位于v-n强度包络线内，则混凝土初衬是稳定的，否则，转至步骤s5；
10、s5.重复步骤s1～步骤s4，直至混凝土初衬是稳定的。
11、作为优选，步骤s1中，绘制m-n强度包络线和v-n强度包络线时分别采用抵抗力系数，将m-n数据点对比m-n强度包络线以及将v-n数据点对比v-n强度包络线时分别采用荷载系数，其中，抵抗力系数和荷载系数的值根据已知的工程设计规范并结合具体工程地质情况、混凝土类型与性质确定。
12、作为优选，步骤s5中，重新设计混凝土初衬的厚度时，增加混凝土初衬的强度、厚度与含钢纤维率。
13、具体地，所述的完整混凝土初衬惯性矩的计算式为：
14、
15、其中，i为完整混凝土初衬惯性矩，b为混凝土初衬某一截面的宽度，h为混凝土初衬某一截面的总高度。
16、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，同时考虑弯矩-轴力的耦合与剪力-轴力的耦合，采用弯矩-轴力强度包络线与剪力-轴力强度包络线用于综合评价混凝土初衬的受力性能，同时，在混凝土初衬局部断裂时，在数值模型中采用新混凝土初衬惯性矩(即80％～90％完整混凝土初衬惯性矩、50％～60％完整混凝土初衬惯性矩)计算求解并对比强度包络线，从而评估混凝土初衬局部断裂后的受力性能。区别于传统安全系数法对混凝土初衬受力性能的简单评价，本专利技术方法综合混凝土初衬弯矩-轴力的耦合与剪力-轴力的耦合，采用弯矩-轴力强度包络线与剪力-轴力强度包络线，考虑钢纤维混凝土初衬允许局部断裂的情况，对于地下洞室混凝土初衬支护的合理设计与优化具有指导应用价值。进一步地，基于本专利技术设计混凝土初衬支护，结合地下洞室围岩塑性区、洞室收敛变形、地表沉降等指标可综合评估洞室开挖稳定性。
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1.一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，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混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，其特征在于，步骤S1中，绘制M-N强度包络线和V-N强度包络线时分别采用抵抗力系数，将M-N数据点对比M-N强度包络线以及将V-N数据点对比V-N强度包络线时分别采用荷载系数，其中，抵抗力系数和荷载系数的值根据已知的工程设计规范并结合具体工程地质情况、混凝土类型与性质确定。
3.根据权利要求1所述的一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，其特征在于，步骤S5中，重新设计混凝土初衬的厚度时，增加混凝土初衬的强度、厚度与含钢纤维率。
4.根据权利要求1所述的一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，其特征在于，所述的完整混凝土初衬惯性矩的计算式为：
【技术特征摘要】
1.一种地下洞室混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，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混凝土初衬支护受力性能综合评价方法，其特征在于，步骤s1中，绘制m-n强度包络线和v-n强度包络线时分别采用抵抗力系数，将m-n数据点对比m-n强度包络线以及将v-n数据点对比v-n强度包络线时分别采用荷载系数，其中，抵抗力系数和荷载系数的值根据已...
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