【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道工程，具体涉及水-力耦合条件下海底隧道应力应变与位移场计算方法。
技术介绍
1、近年来，我国海底隧道工程迎来建设的高潮，海底隧道作为穿越江河湖海等复杂地质条件下最先进的交通方式之一，由于其安全高效、干净环保和受外界条件影响小等优点而得以迅速发展。但海底隧道围岩可能发生塌方、突涌水事故，给隧道的安全施工带来巨大挑战。
2、隧道施工中，由于隧道开挖后应力释放的作用，导致隧道开挖面附近围岩的应力场重新分布，产生了明显的应变软化现象，减小了隧道围岩的强度，进而降低了海底隧道围岩的稳定性。同时，对于水位较深的海底隧道，上覆围岩有着持续的水源补给，使得围岩内的孔隙水压力较高，隧道围岩的孔隙水压力的增大会减小围岩的有效应力和力学强度，使得围岩的稳定性进一步降低。运用理论方法计算围岩应力应变场、位移场是分析海底隧道稳定性的重要手段之一。
3、对于目前的理论，同时考虑隧道围岩应变软化与渗流效应的研究较少，在这些少数研究中，通常将反映渗流效应的水力学参数如比奥系数、渗透系数等视为定值，然而实际上这些参数都随着开挖后围压和塑性应变的变化而变化。说明目前的计算方法存在局限性。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供水-力耦合条件下海底隧道应力应变与位移场计算方法，以解决现有技术中的问题，本专利技术所采用的技术方案是：
2、水-力耦合条件下海底隧道应力应变与位移场计算方法，包括如下步骤：
3、步骤1，通过渗流体积力表示海底隧道围
4、步骤2，采用线性摩尔-库仑屈服准则作为塑性状态的控制方程；
5、步骤3，采用塑性剪切应变作为软化参数，以塑性剪切应变，第i环岩体的径向应变、切向应变和径向位移之间的关系，弹性应变和塑性应变的关系，径向塑性应变和切向塑性应变之间的关系作为岩体应变软化现象的控制方程；
6、步骤4，通过广义的胡克定律提供第i环岩体的弹性应变和与比奥有效应力σ′r,(i)和σ′θ,(i)之间的关系，得到第i环岩体的渗流微分方程；
7、其中，和分别为隧道围岩的径向弹性应变和切向弹性应变，σ′r,(i)和σ′θ,(i)分别为径向有效应力和切向有效应力；
8、步骤5，通过设置边界条件保证海底隧道围岩的径向有效应力、孔隙水压力和位移在相邻环边界处是连续的；
9、步骤6，根据步骤4中的渗流微分方程和步骤5中的边界条件获得每环岩体的孔隙水压力；
10、步骤7，每环岩体的涌水量都是恒定值，即：
11、q1＝…＝qn＝q
12、通过计算得到岩体的涌水量，同时更新孔隙水压力的表达式；
13、步骤8，岩体裂隙的破坏程度用塑性应变来表示，对整理出的渗透系数试验数据进行非线性曲面拟合，得到渗透系数，比奥系数，泊松比和弹性模量受围压和塑性剪切应变影响的非线性曲面拟合公式；
14、步骤9，根据步骤5中的第二个和第四个边界条件，得到渗流不变弹性区域内的应力和位移；
15、步骤10，求解弹性区应力应变和位移场；
16、步骤11，求解塑性区应力应变和位移场；
17、步骤12，得出关于海底隧道围岩的塑性剪切应变；
18、步骤13，推导出海底隧道围岩塑性区域内的塑性剪切应变的计算公式.
19、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术从水力耦合的控制方程和边界条件两部分出发，到介绍渗流方程中海底隧道围岩的孔隙水压力和涌水量的计算公式，并在前人试验数据的基础上拟合出了符合围岩水力学参数变化特性的迭代计算公式，充分考虑了围岩应变软化与渗流效应的相互作用，且认为反映渗流效应的水力学参数如比奥系数、渗透系数等是随着开挖后围压和塑性应变的变化而变化。然后，基于控制方程、边界条件、渗流方程和参数拟合方程，推导出了渗流作用下海底隧道围岩弹塑性区域内径向有效应力、切向有效应力、径向位移及塑性区域内岩体的塑性剪切应变的计算公式，为海底隧道水-力耦合解析解的验证与分析奠定了理论基础。
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1.水-力耦合条件下海底隧道应力应变与位移场计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤10中，包括：
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤11中，包括：
4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤4中的第i环岩体的弹性应变与比奥有效应力之间的关系表示为：
7.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤9中的渗流不变弹性区域内的应力和位移的具体表达式为：
8.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，
9.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，
10.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.水-力耦合条件下海底隧道应力应变与位移场计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤10中，包括：
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤11中，包括：
4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔岚，周亮梅，盛谦，陈健，董友扣，宋飞，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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