[发明专利]一种用于浅埋隧道的围岩压力计算方法

权利要求书

1.一种用于浅埋隧道的围岩压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1选取围岩的收敛变形监测点：对采用双侧壁导坑法施工的隧道进行研究分析，选取按开挖顺序最先开挖的导洞上的点为收敛变形监测点；

S2选取左导坑上台阶或右导坑上台阶进行分析，在监测点构造结构力学模型，建立模型时做以下假设：将左导坑上台阶或右导坑上台阶视为扇形；将左导坑上台阶右壁及圆拱部分简化为刚性材料；简化模型各节点视为刚性连接，将监测点两侧分别视为超静定梁和超静定拱进行分析，分别计算超静定梁和超静定拱的位移量来得到监测点的收敛变形；

S3推导收敛变形与围岩压力之间的计算关系式；

S4将工程实际数据与收敛监测数据带入步骤S3的关系式中，分别计算监测点左、右两侧的位移量，及监测点的收敛变形；

S5计算得出围岩计算摩擦角与围岩压力。

2.根据权利要求1所述的围岩压力计算方法，其特征在于，监测点的超静定梁的位移计算包括以下步骤：

S211首先分析超静定梁所受荷载：超静定梁所受荷载q_l为水平荷载q_s和垂直荷载q_c在垂直于梁方向的分量之和，即q_l＝q_s·sinα+q_c·cosα，并将荷载q_l分为均布荷载q_l1、线性荷载q_l2，其中α为扇形的两半径之间的夹角；

S212分别列出荷载q_l1、q_l2的计算式；

S213利用结构力学的力法原理计算超静定梁上的弯矩计算式；

S214结合荷载和弯矩计算式分别得到监测点受荷载q_l1、q_l2的位移计算式，将实测的隧道压力数据带入计算式，分别得到荷载的位移量；

S215得到超静定梁的总位移量ω_l。

3.根据权利要求2所述的围岩压力计算方法，其特征在于，步骤S212中计算时：将沿超静定梁的方向定义为x方向，与其垂直方向为y方向；

S2121计算q_l1时：

按结构力学的力法原理计算超静定梁在x方向上任意位置的弯矩：式中r为扇形的半径，M(x)为x方向的弯矩；

根据材料力学中弯矩与挠度的关系式：其中EI为常数，ω为变形量；

对弯矩求二重积分得到：

ω_l1(x)·EI＝∫∫[M(x)dx]dx+C₁x+D₁，式中ω_l1(x)为监测点受q_l1荷载在y方向上的位移量，C₁为、D₁为对弯矩求二重积分过程中产生的常系数，由于梁与拱为固结，所以ω(0)＝0、ω(r)＝0，代入上式计算可得：

而q_l1＝q_c·cosα+e₁sinα，其中e₁为隧道顶水平侧压力/kPa，得出q_l1的值，进而得出在荷载q_l1作用下超静定梁的位移量ω_l1；

S2122计算q_l2的值：

按结构力学的力法原理计算超静定梁上任意位置x处的弯矩：

对弯矩求二重积分可得：

式中ω_l2(x)为监测点受q_l2荷载在y方向上的位移量；而q_l2＝(e₂-e₁)·sinα，式中e₂为

隧道底水平侧压力/kPa，得出在荷载q_l2作用下超静定梁的位移量。