本发明专利技术公开了一种评估斜井近富水断层开挖掌子面稳定性的计算方法。本发明专利技术主要是，首先计算斜井掌子面破坏面尺寸之间的几何与角度关系，确定掌子面各破坏块体速度关系，然后分别计算断层水压力外力功率、围岩重力外力功率、围岩内能耗散功率，计算稳定安全系数，并与允许稳定安全系数进行比较，判断斜井掌子面是否稳定安全。本发明专利技术为评估斜井近富水断层开挖掌子面的稳定性提供了计算方法；据此可以评价斜井掌子面是否稳定安全；进而可以确定斜井在不同断层富水程度下掌子面稳定安全系数，以及获得与允许稳定安全系数对应的临界断层水压力，从而为斜井安全施工以及泄水降压等提供依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于斜井施工，具体涉及一种评估斜井近富水断层开挖掌子面稳定性的计算方法。
技术介绍
1、对于长大隧道，为了加快施工进度，则会采用斜井等辅助通道，来增加工作面。而当斜井穿越富水断层等不良地质施工是，如果掌子面不稳定，则极易诱发塌方。如万家寨引黄工程北干线1号隧洞某支洞位于山西省西北部为倾角19.05°的斜井。施工时遇到断层破碎带加上支洞内渗涌水量较大 被迫停建。因此，斜井近富水断层施工时，如何保证掌子面的稳定是参建各方单位非常关注的，若掌子面不稳定，则会诱发塌方，甚至会造成生命财产安全。因此，开展斜井近富水断层掌子面稳定研究具有十分重要的工程意义与科学价值。
2、目前关于斜井近富水断层下开挖掌子面稳定性的研究很少，既有少量文献或专利是采用数值模拟分析不同斜井倾角下的掌子面稳定性以及采用具体的工程加固措施等，未能提供一种理论上的分析方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种评估斜井近富水断层开挖掌子面稳定性的计算方法。本专利技术可以判断斜井掌子面是否满足安全要求，进而可以确定斜井在不同断层富水程度下的掌子面稳定安全系数，以及获得与允许稳定安全系数对应的临界断层水压力，从而为斜井安全施工与泄水降压等提供依据。
2、本专利技术的评估斜井近富水断层开挖掌子面稳定性的计算方法，包括如下顺序的步骤：
3、(1)斜井掌子面破坏面尺寸之间的几何与角度关系：
4、；
5、；
6、；
7、；
8、；
9、；
10、；
11、式中：
lag为a点与g点之间的长度；
d为斜井开挖高度；
lbg为b点与g点之间的长度；
lgf为g点与f点之间的长度；
lae为a点与e点之间的长度；
lah为a点与h点之间的长度，即防突厚度；
lef为e点与f点之间的长度；
φ为围岩内摩擦角；
β为断层倾角；
a1为边ab与边bg之间的夹角；
a2为边ab与边ag之间的夹角；
a3为边ag与边bg之间的夹角；
12、(2)确定掌子面各破坏块体速度关系：
13、；
14、；
15、；
16、；
17、；
18、式中：
v1为块体agfe的速度；
v0为破坏块体abg的速度；
v0,1为块体abg相对于块体agfe的相对速度；
a4为速度
v0与速度
v0,1的夹角；
a5为速度
v1与速度
v0,1的夹角；
a6为速度
v0与速度
v1的夹角；
19、(3)断层水压力外力功率：
20、；
21、式中：ww为断层水压力外力功率；
pw为断层水压力；
22、(4)围岩重力外力做功功率，其包括如下步骤：
23、（ⅰ）根据上述计算块体各边长关系得到各块体的面积：
24、；
25、；
26、式中：sabg为块体abg的面积；sagfe为块体agfe的面积；
27、（ⅱ）围岩重力外力功率为各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：
28、；
29、式中：wγ为围岩重力外力功率；γ为围岩重度；
30、(5)外力功率为：
31、；
32、式中：w为外力功率；
33、(6)围岩内能耗散功率为：
34、；
35、式中：
ed为围岩内能耗散功率；
c为围岩黏聚力；
36、(7)稳定安全系数为：
37、；
38、式中：fos为稳定安全系数；
39、(8)判断斜井掌子面是否稳定安全：
40、若，则斜井掌子面稳定，施工安全；
41、若，则斜井掌子面不稳定，施工不安全；
42、式中：[fos]为允许稳定安全系数。
43、本专利技术与现有技术和研究方法相比，具有如下的优点：
44、目前关于斜井近富水断层下开挖掌子面稳定性的研究很少，既有少量文献或专利是采用数值模拟分析不同斜井倾角下的掌子面稳定性以及采用具体的工程加固措施等，未能提供一种理论上的分析方法。
45、本专利技术为评估斜井近富水断层开挖掌子面的稳定性提供了计算方法；据此可以评价斜井掌子面是否稳定安全；进而可以确定斜井在不同断层富水程度下掌子面稳定安全系数，以及获得与允许稳定安全系数对应的临界断层水压力，从而为斜井安全施工以及泄水降压等提供依据。本专利技术的方法，亦可以应用于采矿巷道、水工隧洞等采用斜井辅助通道，在近富水断层施工时掌子面稳定性评价以及泄水降压措施的分析等。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种评估斜井近富水断层开挖掌子面稳定性的计算方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
【技术特征摘要】
1.一种评估斜井近富水断层开挖掌子面稳定性...
【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，王柯，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。