【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道工程领域，涉及一种隧道锚岩承载拱安全系数验证与修正方法，尤其涉及一种基于总安全系数法设计理论的隧道锚岩承载拱安全系数验证与修正方法。
技术介绍
1、近年来，随着我国经济的飞速发展，不断推动着新一代信息技术与制造业深度融合，交通是新一代信息技术与制造业深度融合最重要的基础设施，与此同时，我国交通运输现代化建设进度越来越快，铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道和人行地道建设等不断发展，隧道支护相关技术得到不断地完善，但修建过程中仍不免会出现失稳、大变形、岩爆等灾害问题，当围岩位移量超过临界值时，就会出现失稳、垮塌现象。隧道开挖后，为了有效地约束和控制围岩的变形，加强围岩的稳定性，保证施工安全，以及为了确保运营过程中的稳定、耐久、减小通风阻力和整体美观，均需要施作必要的支护结构。在隧道工程中，隧道支护结构体系是围岩稳定性控制的关键，隧道支护具有“调动”和“协助”围岩承载的基本作用。
2、隧道支护结构设计目前还处在“工程类比为主，理论计算为主”的阶段，无法实现支护参数的量化设计，因此无法对隧道支护结构的安全性与经济性进行分析评判，极大制约了隧道修建技术的发展。随着隧道支护结构设计总安全系数法的提出，系统地总结了国内外隧道设计理论与方法，提出隧道支护参数设计由“类比设计”向“量化设计”转变，推动隧道对支护结构设计的计算向精细化、定量化发展，对推动隧道工程设计技术发展具有积极作用。
3、在隧道支护体系当中，锚杆-围岩承载拱(下文统一简称：锚岩承载拱)能够提高围岩的整体稳定性，具有良好的支护效果和承
4、隧道支护结构设计总安全系数法对锚岩承载拱力学机理与量化分析方法进行了研究，提出了关于锚岩承载拱的安全系数计算方法，当前亟需采用室内模型试验的方法加以验证。室内模型试验，是对按比例缩小或等比的模型进行相应的试验，保持与原结构相似的关系。在一些大型结构物或者难以直接用理论分析的结构物试验当中，通常采用模型试验来代替原型结构试验或作为原型结构试验的辅助试验，为其提供设计参数，检验理论假设的可靠性，以避免不利因素，降低试验成本，缩短试验周期，是一种经济有效的方法。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种隧道锚岩承载拱安全系数验证与修正方法，该方法拟采用室内模型试验手段，对锚岩承载拱的承载能力与支护效果进行研究，从而对锚岩承载拱的安全系数进行验证与修正，以便进一步完善总安全系数法设计体系。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种隧道锚岩承载拱安全系数验证与修正方法，包括以下步骤：
4、s1)确定模型试验的拟开展工况、几何相似比、围岩与支护相似材料以及模型箱尺寸；
5、s2)根据依托工况设计千斤顶的荷载和行程，确定施加在模型箱上的荷载和行程范围；
6、s3)锚岩承载拱工况的毛洞模型体制作；
7、s4)施加锚杆相似材料；
8、s5)分级加载直至支护相似材料被破坏；
9、s6)监测锚岩承载拱的受力、应变，记录其极限承载力，计算并验证锚岩承载拱的安全系数，进而进行修正。其中，极限承载力是指当锚杆(支护相似材料)受到的最大压应力与锚杆的抗压强度最为接近时对应的边界荷载，安全系数等于极限承载力除以围岩设计压力值。在试验中不断地增加竖向加载力，锚杆(支护相似材料)受到的最大压应力也在不断地增加，记录随着竖向加载力增加对应的最大压应力，取与抗压强度最为接近的最大压应力为极限承载力，安全系数就等于极限承载力除以围岩设计压力值。
10、进一步，步骤s1)中，围岩的等级是ⅳ级以及ⅴ级；所述ⅳ级围岩对应800m埋深；所述ⅴ级围岩对应600m埋深；
11、所述步骤s1)中几何相似比是12.5；
12、所述步骤s1)中围岩相似材料以重度、变形模量、内摩擦角以及黏聚力为参考的力学参数；
13、所述围岩相似材料包括骨料、黏结剂以及调节剂；
14、所述支护相似相似材料考虑抗拉刚度、抗拉强度以及弹性模量的力学参数。
15、更进一步，ⅳ级围岩中，骨料是重晶石和河砂；所述黏结剂是粉煤灰；所述调节剂是机油和饱和松香酒精溶液，所述ⅳ级围岩对应相似材料的原料质量比是重晶石：河砂：粉煤灰：饱和松香酒精溶液：机油＝1013：506：380：120：80，即，ⅳ级围岩对应相似材料的骨料、黏结剂与调节剂的质量比是1519：380：200。
16、更进一步，
17、v级围岩中，骨料是重晶石和河砂；所述黏结剂是粉煤灰；所述调节剂是饱和松香酒精溶液，所述v级围岩对应相似材料的原料质量比是重晶石：河砂：粉煤灰：机油＝926：116：524：166，即，v级围岩对应相似材料的骨料、黏结剂以及调节剂的配比为1042：524：116。
18、示例性的，所述步骤s1)中模型箱的长×宽×高是2.08m×0.45m×1.98m。
19、进一步，所述步骤s2)包括以下子步骤：
20、s21)参考依托工况中围岩压力设计值与安全系数来确定iv级围岩相似材料所需承受最大荷载以及v级围岩相似材料所需承受最大荷载；
21、s22)根据步骤s21)计算得到的结果分别计算iv级围岩相似材料中千斤顶施加的荷载以及v级围岩相似材料中千斤顶施加的荷载；所述iv级围岩相似材料中千斤顶施加的荷载是iv级围岩相似材料需要承受的最大荷载与荷载扩大系数的乘积；所述v级围岩相似材料中千斤顶施加的荷载是v级围岩相似材料需要承受的最大荷载与荷载扩大系数的乘积；所述荷载扩大系数是4；
22、s23)根据围岩相似材料自身的弹性模量和泊松比计算得到v级围岩相似材料的侧限压缩模量、iv级围岩相似材料的侧限压缩模量、v级围岩相似材料的侧向最大位移以及iv级围岩相似材料的侧向最大位移；
23、s24)根据步骤s23)的计算结果确定施加荷载的行程范围。
24、进一步，步骤s3)包括以下子步骤：
25、s31)在模型体铺设过程中，四周预置聚四氟乙烯薄膜，减小模型体的摩擦力；
26、s32)采用围岩相似材料对模型箱内部底部及中部进行填充和夯实，在模型箱两侧填充细砂至设计高度；在填充围岩相似材料的过程中，在每次摊铺围岩相似材料之前将上一层压实的围岩相似材料的表面刨松，然后再摊铺压实下一层围岩相似材料，保证分层围岩相似材料间不形成界面；
27、s33)制作隧道模具并在隧道模具中预埋模具；所述隧道模具采用加硬加重高密实的聚苯乙烯泡沫原料制作，并在隧道模具外包裹一层塑料膜；在设计高程部位固定并预埋模具，预埋模具周边用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道锚岩承载拱安全系数验证与修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S1)中，围岩的等级是Ⅳ级以及Ⅴ级；
3.根据权利要求2所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述Ⅳ级围岩中，骨料包括重晶石和河砂，黏结剂为粉煤灰，所述调节剂为机油和饱和松香酒精溶液的混合液。
4.根据权利要求2所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述V级围岩中，骨料包括重晶石和河砂，黏结剂为粉煤灰，调节剂为饱和松香酒精溶液。
5.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S2)包括以下子步骤：
6.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S3)包括以下子步骤：
7.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S34)的具体实现方式是：首先，安装挡板支架，确定并标记承载拱位置，随后在模型箱内部靠两侧的地方安装挡板及支架；接着，在挡板、模型箱框架和隧道模具围成的区域内进行第
8.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S4)的具体实现方式是：
9.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S5)的具体实现方式是：
10.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤S6)中，极限承载力为当锚杆受到的最大压应力与锚杆的抗压强度最为接近时对应的边界荷载，安全系数等于极限承载力除以围岩设计压力值；利用锚岩承载拱工况的毛洞模型的数据对真实锚岩承载拱的安全系数进行验证和修正。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道锚岩承载拱安全系数验证与修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤s1)中，围岩的等级是ⅳ级以及ⅴ级；
3.根据权利要求2所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述ⅳ级围岩中，骨料包括重晶石和河砂，黏结剂为粉煤灰，所述调节剂为机油和饱和松香酒精溶液的混合液。
4.根据权利要求2所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述v级围岩中，骨料包括重晶石和河砂，黏结剂为粉煤灰，调节剂为饱和松香酒精溶液。
5.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤s2)包括以下子步骤：
6.根据权利要求1所述的隧道锚岩承载拱模型试验方法，其特征在于，所述步骤s3)包括以下子步骤：
7.根据权利要求1所述的隧道...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，王克金，徐晨，谢壁婷，孙文昊，薛光桥，崔岚，盛谦，陈健，晏庆明，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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