【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电隧道工程地质领域，更具体地说，它涉及考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法。
技术介绍
1、近年来，随着城市电力建设的快速发展，城区输电线路走廊的日益紧缺，对输电线路入地建设的需求越来越迫切，因此对城市地下空间建设的需求和要求也在不断提高。为了保证城市地面交通畅，输电线缆将穿越地下工程。因而，输电隧道的建设逐渐增多。输电隧道穿越地下施工开挖过程中，由于穿越的地层岩性、地质构造等条件的差异，还受到水文地质条件的控制，可能存在不同的工程地质问题。如穿越第四系松软地层时，可能存在隧道成洞条件差、地面沉降、坍塌等工程地质问题；在穿越软岩地层时，可能出现施工隧道内软岩膨胀、大变形等工程地质问题；输电隧道在穿越富水性较好的可溶岩地层、断层破碎带时，则可能存在隧道涌突水、突泥等水文地质问题；输电隧道在穿越硬质岩(花岗岩等)时，可能因地应力集中产生岩爆等工程地质问题；然而，输电隧道在穿越工程岩体时，则可能由于岩体本身受到先期地质构造的作用，岩体节理裂隙发育，加之输电隧道围岩块体受到侧向静水压力的作用，开挖过程中的输电隧道的围岩稳定性计算是个难题。围岩块体失稳将破坏输电线缆、造成漏电、威胁着隧道施工人员的安全和施工安全，情况严重时产生重大施工事故，同时造成巨大经济损失。因此，输电隧道穿越不同环境条件的山体都将产生不同类型的工程地质问题。
2、对岩体稳定性起重要作用的因素是块体侧面受到裂隙水的作用。输电隧道穿越的工程岩体可能是砂岩、可溶岩等富水性较好的岩体，在大气降水和侧向地下水的补给作用，在工程岩体的裂隙、
3、现有的块体稳定性分析方法中，一般采用现场调查的基础上，通过赤平投影法分析主要的优势结构面，利用结构面与开挖面的组合来分析确定性块体或半确定性块体，利用极限平衡方法对其稳定性系数进行计算。也有部分研究采用一些块体稳定性计算数值模拟软件进行块体稳定性计算。一方面，数值模拟计算块体稳定性对输电隧道内的围岩块体的主要结构面信息进行概化，导致计算参数获取不准确、模型失真等问题，从而无法准确评价块体稳定性。另一方面，实际硐室开挖过程中，穿越的大多数工程岩体都具有一定的储水和富水能力，传统方法对块体稳定性计算时，不考虑静水压力的作用，导致稳定性系数的计算结果不准确，难以将其应用于隧道工程的稳定评估。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，解决了现有技术对围岩块体的稳定性系数计算时未考虑静水压力作用，从而导致计算结果不准确的问题。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、本专利技术的第一方面，提供了一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，方法包括：
4、根据水的重度和围岩块体各个角点距裂隙地下水位面的垂直距离，计算出围岩块体各个角点受到的静水压力大小，其中角点是指围岩块体结构面的端点；
5、确定围岩块体结构面的相邻角点连接的至少一条连线，根据至少一条连线的两个角点的静水压力大小和位置，确定出围岩块体结构面的分布类型；
6、基于所述分布类型，由水的重度、每个结构面沿水深方向的长度和每个结构面的下端点的水深，计算出静水压力作用在每个结构面的第一合力；
7、根据围岩块体的侧面倾角和倾向计算合力作用的矢量方向，根据第一合力和矢量方向，以矢量求和的方式，计算作用在围岩块体的静水压力合力；
8、根据所述静水压力合力，并结合围岩块体的自重力及总摩阻力，计算出围岩块体所受的第二合力；
9、根据第二合力分解得到块体滑动面方向和滑动面的法方向的分量，将分量分别代入第一稳定系数计算式和第二稳定性系数计算式，计算出第一稳定性系数和第二稳定性系数，根据第一稳定性系数和/或第二稳定性系数，与预设的系数阈值之间的大小关系，分析在静水压力作用下的输电隧道围岩块体的稳定性。
10、在一种实现方式中，根据水的重度和围岩块体各个角点距裂隙水位面的垂直距离，计算出围岩块体各个角点受到的静水压力大小，包括：
11、当角点位于裂隙地下水位面之上或位于岩土开挖的临空面之上时，角点的静水压力大小为零；
12、当角点位于开挖面以下或位于裂隙地下水位面以下时，根据水的重度和围岩块体各个角点距裂隙水位面的垂直距离，计算出围岩块体各个角点受到的静水压力大小；其中，静水压力大小的计算式为pi＝γwhi，其中，γw表示水的重度，hi表示角点i距裂隙地下水位面的垂直距离，pi表示角点i受到的静水压力大小。
13、在一种实现方式中，所述分布类型包括平直结构面中点型、平直结构面端点型和多结构面端点型。
14、在一种实现方式中，所述平直结构面中点型所受到的静水压力呈三角形分布，且中点为最大，最大静水压力为γw表示水的重度，h表示角点距裂隙地下水位面的垂直距离；
15、所述平直结构面端点型所受到的静水压力呈三角形线性分布，且处于裂隙地下水位面以下一定深度位置的角点处受到的静水压力最大，最大静水压力为γwh；
16、所述多结构面端点型所受到的静水压力呈线性分布，中点处的水压以线性插值计算得到。
17、在一种实现方式中，静水压力作用在每个结构面的第一合力的计算式为其中，pn表示第n个围岩块体的第一合力，γw表示水的重度，ln表示各块体结构面沿水深方向的长度，zn表示各结构面的下端点的水深，且zn为水最大深度h。
18、在一种实现方式中，矢量方向的计算式为其中，αi表示第i个围岩块体的侧面倾角，βi表示第i个围岩块体的倾向，表示合力作用的矢量方向。
19、在一种实现方式中，矢量求合方式的计算式为其中，pi、pj分别表示围岩块体所在位置的空间中的两个矢量，表示两个矢量的夹角。
20、在一种实现方式中，根据所述静水压力合力，并结合围岩块体的自重力及总摩阻力，计算出围岩块体所受的第二合力的计算式为其中，表示围岩块体所受的第二合力，表示围岩块体的自重力，表示静水压力合力，表示围岩块体两侧结构面及围岩块体底部界面与稳定岩体之间的总摩阻力。
21、在一种实现方式中，根据第一稳定性系数和/或第二稳定性系数，与预设的系数阈值之间的大小关系，分析在静水压力作用下的输电隧道围岩块体的稳定性，包括：
22、若采用第一稳定性系数计算式计算出的第一稳定性系数小于系数阈值，则确定围岩块体的滑动方式为单面滑动；或者
23、若采用第二稳定性系数计算式计算出的第二稳定性系数小于系数阈值，则围岩块体的滑动方式为双面滑动；
24、若采用第一稳定性系数计算式计算出的第一稳定性系数，和采用第二稳定性系数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，根据水的重度和围岩块体各个角点距裂隙水位面的垂直距离，计算出围岩块体各个角点受到的静水压力大小，包括：
3.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，所述分布类型包括平直结构面中点型、平直结构面端点型和多结构面端点型。
4.根据权利要求3所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，所述平直结构面中点型所受到的静水压力呈三角形分布，且中点为最大，最大静水压力为γw表示水的重度，h表示角点距裂隙地下水位面的垂直距离；
5.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，静水压力作用在每个结构面的第一合力的计算式为其中，Pn表示第n个围岩块体的第一合力，γw表示水的重度，ln表示各块体结构面沿水深方向的长度，zn表示各结构面的下端点的水深，且zn为水最大深度h。
6.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，矢量方向的计算式为其中，αi表示第i个围岩块体的侧面倾角，βi表示第i个围岩块体的倾向，表示合力作用的矢量方向。
7.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，矢量求合方式的计算式为其中，Pi、Pj分别表示围岩块体所在位置的空间中的两个矢量，表示两个矢量的夹角。
8.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，根据所述静水压力合力，并结合围岩块体的自重力及总摩阻力，计算出围岩块体所受的第二合力的计算式为其中，表示围岩块体所受的第二合力，表示围岩块体的自重力，表示静水压力合力，表示围岩块体两侧结构面及围岩块体底部界面与稳定岩体之间的总摩阻力。
9.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，根据第一稳定性系数和/或第二稳定性系数，与预设的系数阈值之间的大小关系，分析在静水压力作用下的输电隧道围岩块体的稳定性，包括：
10.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，第一稳定性系数计算式为其中，ψi、ηi分别表示滑动面的摩擦系数和粘聚力，Ai表示围岩块体滑动面的面积，Ni和Ti分别表示围岩块体所受的第二合力沿滑动面法向和滑动面的分量；
...【技术特征摘要】
1.一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，根据水的重度和围岩块体各个角点距裂隙水位面的垂直距离，计算出围岩块体各个角点受到的静水压力大小，包括：
3.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，所述分布类型包括平直结构面中点型、平直结构面端点型和多结构面端点型。
4.根据权利要求3所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，所述平直结构面中点型所受到的静水压力呈三角形分布，且中点为最大，最大静水压力为γw表示水的重度，h表示角点距裂隙地下水位面的垂直距离；
5.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，静水压力作用在每个结构面的第一合力的计算式为其中，pn表示第n个围岩块体的第一合力，γw表示水的重度，ln表示各块体结构面沿水深方向的长度，zn表示各结构面的下端点的水深，且zn为水最大深度h。
6.根据权利要求1所述的一种考虑静水压力作用的输电隧道围岩块体稳定性分析方法，其特征在于，矢量方向的计算式为其中，αi表示...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾文慧，范佳媛，张文涛，张全明，任志超，李果，唐杨，许文杰，焦一飞，李宇，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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