【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下工程，特别是涉及一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法及系统。
技术介绍
1、随着世界经济和工程技术的不断进步，地下工程逐渐向更深埋方向发展，高地温水工隧洞节理围岩塑性区相关的工程问题日益增多，含节理结构的岩体存在复杂结构面，使得此类岩体进行隧洞开挖难度极大，开挖前岩体处于自然应力平衡状态，随着洞室开挖过程形成临空面，隧洞围岩的温度场发生变化，其附近一定范围内的岩体在荷载作用下力学性质将发生明显变化，形成塑性区，从而影响围岩的整体稳定性，并且隧洞内的高温环境会危害施工人员的健康、减缓施工进度。因此，很有必要研究高地温水工隧洞节理围岩的塑性区演化特征。
2、目前，一些学者针对围岩塑性区开展了很多研究，赵志强等以弹塑性力学中孔洞围岩破坏的平面应变模型为基础，推导了非等压圆形巷道围岩的塑性区边界方程，提出了巷道围岩蝶形破坏理论。蒋斌松等根据弹塑性理论推导了均匀应力场下巷道围岩破裂区和塑性区范围的计算公式。王睢等采用理论分析的方法，基于d-p屈服准则推导了考虑渗流影响的圆形隧洞围岩弹塑性解，分析了渗透压力对塑性区范围的影响。陈昊祥等研究在高地应力作用下，深部巷道围岩的变形破坏过程表现出了显著的时空效应，围岩塑性区的演化规律有助于支护方案的设计与围岩稳定性分析。镐振等以义马煤田千秋矿工作面运输巷为工程背景，采用理论分析和数值模拟的方法，研究了回采巷道塑性区形态特征及其在采动应力作用下的演化规律。也有一些学者开展了一系列的高地温研究，张岩等针对新疆某高地温引水发电隧洞，深入研究了隧洞埋深、围岩类别等各种不同因素对高地
3、由此可见，学者们要么针对围岩塑性区进行了很多研究，要么针对围岩高地温进行了很多研究，而对含节理结构特征的围岩在高地温作用下的塑性区研究却少之又少。
4、因此，如何设计一种考虑节理结构特征的高地温隧洞围岩塑性区计算方法，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法及系统，本专利技术采用热-力耦合作用弹塑性理论，按平面应变问题进行计算分析，得出考虑高地温效应和围岩节理结构特征的隧洞围岩塑性区的分布范围，进而可以得出考虑节理结构特征的高地温圆形水工隧洞或城门洞型水工隧洞围岩塑性区的分布大小。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，包括：
4、获取圆形水工隧洞的特征参数；所述特征参数包括岩体力学参数、洞内温度和岩体深部温度；所述岩体力学参数包括线膨胀系数、弹性模量、泊松比、摩擦角和粘聚力。
5、根据所述特征参数计算得到圆形水工隧洞节理围岩温度场。
6、根据所述圆形水工隧洞节理围岩温度场计算得到圆形水工隧洞节理围岩温度应力。
7、将所述圆形水工隧洞节理围岩温度应力与圆形水工隧洞的深部围岩荷载进行耦合，得到高地温圆形水工隧洞节理围岩塑性区半径。
8、可选的，所述圆形水工隧洞节理围岩温度场的计算公式如下：
9、
10、其中，t为考虑高地温效应和节理结构特征的在围岩中引起的温度场，r1为围岩内壁半径，t1为围岩内壁半径r1处的温度，r2为围岩温度影响半径最大值，t2为围岩温度影响半径最大值处的温度，r为隧洞内的某一点至洞壁的距离。
11、可选的，所述圆形水工隧洞节理围岩温度应力的计算公式如下：
12、
13、其中，σr为隧洞径向正应力，σθ为隧洞环向正应力，α为线膨胀系数，e为弹性模量，μ为泊松比，δt为隧洞内外温差，r1为围岩内壁半径，r2为围岩温度影响半径最大值，r为隧洞内的某一点至洞壁的距离。
14、可选的，所述高地温圆形水工隧洞节理围岩塑性区半径的计算公式为：
15、
16、其中，c为粘聚力，α为线膨胀系数，e为弹性模量，μ为泊松比，δt为隧洞内外温差，为摩擦角，p0为深部圆形隧洞竖向荷载，r1为围岩内壁半径，r2为围岩温度影响半径最大值，r为隧洞内的某一点至洞壁的距离，r求为高地温圆形水工隧洞节理围岩塑性区半径。
17、第二方面，本专利技术提供了一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，包括：
18、获取城门洞形水工隧洞的特征参数；所述特征参数包括岩体力学参数、洞内温度和岩体深部温度；所述岩体力学参数包括线膨胀系数、弹性模量、泊松比、摩擦角和粘聚力。
19、根据所述特征参数计算得到城门洞形水工隧洞节理围岩温度场。
20、根据所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度场计算得到城门洞形水工隧洞节理围岩温度应力。
21、将所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度应力与城门洞形水工隧洞的深部围岩荷载进行耦合，得到高地温城门洞形水工隧洞节理围岩塑性区半径。
22、可选的，所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度场的计算公式如下：
23、
24、其中，t为考虑高地温效应和节理结构特征的在围岩中引起的温度场，t1为围岩内壁半径r1处的温度，r1为围岩内壁半径，t2为围岩温度影响半径最大值处的温度，r为隧洞内的某一点至洞壁的距离，as为城门洞型隧洞的面积。
25、可选的，所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度应力的计算公式如下：
26、
27、其中，σr为隧洞径向正应力，σθ为隧洞环向正应力，α为线膨胀系数，e为弹性模量，μ为泊松比，δt为隧洞内外温差，as为城门洞型隧洞的面积，r为隧洞内的某一点至洞壁的距离。
28、可选的，所述高地温城门洞形水工隧洞节理围岩塑性区半径的计算公式为：
29、
30、其中，c为粘聚力，α为线膨胀系数，e为弹性模量，μ为泊松比，δt为隧洞内外温差，为摩擦角，p0为深部圆形隧洞竖向荷载，as为城门洞型隧洞的面积，r为隧洞内的某一点至洞壁的距离，r求为高地温城门洞形水工隧洞节理围岩塑性区半径。
31、第三方面，本专利技术提供了一种高地温隧洞围岩塑性区计算系统，所述的高地温隧洞围岩塑性区计算系统在被计算机运行时，执行如第一方面所述的高地温隧洞围岩塑性区计算方法。
32、第四方面，本专利技术提供了一种高地温隧洞围岩塑性区计算系统，所述的高地温隧洞围岩塑性区计算系统在被计算机运行时，执行如第二方面所述的高地温隧洞围岩塑性区计算方法。
33、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
34、本专利技术提供了一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法及系统，本专利技术通过计算高地温作用下水工隧洞节理围岩温度场和水工隧洞节理围岩温度应力，进一步可以得到基于高温作用的水工隧洞节理围岩塑性区范围。本专利技术通过理论公本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述圆形水工隧洞节理围岩温度场的计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述圆形水工隧洞节理围岩温度应力的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述高地温圆形水工隧洞节理围岩塑性区半径的计算公式为：
5.一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度场的计算公式如下：
7.根据权利要求5所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度应力的计算公式如下：
8.根据权利要求5所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述高地温城门洞形水工隧洞节理围岩塑性区半径的计算公式为：
9.一种高地温隧洞围岩塑性区计算系统，其特
10.一种高地温隧洞围岩塑性区计算系统，其特征在于，所述的高地温隧洞围岩塑性区计算系统在被计算机运行时，执行如权利要求5-8任一项所述的高地温隧洞围岩塑性区计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述圆形水工隧洞节理围岩温度场的计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述圆形水工隧洞节理围岩温度应力的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述高地温圆形水工隧洞节理围岩塑性区半径的计算公式为：
5.一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的一种高地温隧洞围岩塑性区计算方法，其特征在于，所述城门洞形水工隧洞节理围岩温度场的计...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜海波，魏纲，项鹏飞，李康斌，李清林，李刚，周阳，杨丰春，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：
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