【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种隧道围岩变形计算领域，尤其涉及一种渗流作用下的隧道围岩应变计算方法。
技术介绍
1、地下水渗流对隧道前期工程施工和后期运营有很大的影响，仅在我国，1988年以前建成的隧道中发生的渗流问题占到了八成，营运过程中工程问题近三成都与渗流水有关。圆形隧道开挖与地下水渗流的耦合作用造成围岩发生应力重分布，应力重分布可能造成围岩的变形或破坏，也可能变形过大出现局部破坏后出现露水通道，造成洞内泥石流。
2、目前针对渗流作用下的圆形隧道围岩变形情况多采用数值方法进行计算，尚无有效的解析计算方法，仅有无渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，但由于地下水的渗流的影响，隧道在地下水位以下开挖时隧道的横截面上会出现渗流力，进而对洞室围岩的变形产生了较大影响。
3、因此，亟需一种适用于渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，为渗流作用下的圆形隧道结构设计提供理论依据。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出一种渗流作用下的圆形隧道围岩变形解析计算方法，考虑了渗流作用对圆形隧道围岩的影响，为渗流作用下的圆形隧道结构设计提供理论依据；
2、本专利技术提供的一种渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，包括以下步骤：
3、s1.构建隧道围岩有限元仿真模型；
4、s2.计算隧道围岩有限元仿真模型中的有限元单元的水力梯度值，将水力梯度值相等的有限元单元连接，得到水力梯度分布云图；
5、s3.根据水力梯度确定渗流力在隧道围岩上的作用范围；>
6、s4.计算渗流力作用范围内的总渗流力fs；
7、s5.根据总渗流力计算隧道围岩塑性区和弹性区边界的应力值；
8、s6.根据应力值计算隧道围岩变形值。
9、进一步，步骤s2中，通过如下公式计算水力梯度：
10、
11、其中，i表示水力梯度，f表示摩擦系数，j表示单元格序号，v表示水流速度，g表示重力加速度。
12、进一步，步骤s3中，从隧道拱顶到水力梯度等于1的边界为渗流力的作用范围。
13、进一步，步骤s4中，通过如下公式计算总渗流力fs：
14、fs＝δhγw
15、
16、其中，γw表示水的重度，r1表示水力梯度等于1的边界与隧道中心点的距离，表示渗流力作用边界的水头，表示隧道拱顶的水头，r0表示隧道内半径。
17、进一步，步骤s5中，塑性区边界上的围岩应力大小通过如下公式计算：
18、
19、其中，σpe表示塑性区边界上的围岩应力，σz表示竖向初始地应力，表示岩土体的内摩擦角，c表示岩土体的内聚力，r0表示隧道中心点到塑性区边界的半径。
20、进一步，步骤s6中，渗流力的围岩变形计算公式如下：
21、
22、其中，uj表示第j个单元格的围岩变形值，σz示竖向初始应力，rj表示第j个单元格与隧道中心点的距离，g表示岩土体的剪切模量，σpe表示塑性区边界上的围岩应力，r0表示隧道中心点到塑性区边界的距离。
23、进一步，隧道中心点到塑性区边界的半径r0通过如下公式计算：
24、
25、将岩土体的内摩擦角隧道内半径r0、竖向初始地应力σz、岩土体的内聚力c、第j个单元格的水力梯度ij、水的重度γw、隧道中心点到水力梯度等于1的边界的距离r1和支护结构提供的阻力pa代入计算r0的公式中，得到r0的值。
26、有益效果：本专利技术考虑了渗流力对围岩稳定性的影响，使渗流作用下的圆形隧道的变形量容易获取，保障了结构设计的安全性。
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1.一种渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤S2中，通过如下公式计算水力梯度：
3.根据权利要求2所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤S3中，从隧道拱顶到水力梯度等于1的边界为渗流力的作用范围。
4.根据权利要求3所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤S4中，通过如下公式计算总渗流力Fs：
5.根据权利要求4所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤S5中，塑性区边界上的围岩应力大小通过如下公式计算：
6.根据权利要求5所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤S6中，渗流力的围岩变形计算公式如下：
7.根据权利要求6所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：隧道中心点到塑性区边界的半径R0通过如下公式计算：
【技术特征摘要】
1.一种渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤s2中，通过如下公式计算水力梯度：
3.根据权利要求2所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤s3中，从隧道拱顶到水力梯度等于1的边界为渗流力的作用范围。
4.根据权利要求3所述渗流作用下的隧道围岩应变计算方法，其特征在于：步骤s4中...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，黄宜春，胡学兵，李科，丁浩，江星宏，曹鹏，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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