[发明专利]一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法

权利要求书

1.一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法，其特征在于，包括：

S1：预先定义隧道容许位移，并指定竖向均布荷载初始值；

S2：根据竖向均布荷载初始值和侧压力系数计算得到水平均布荷载初始值，根据竖向均布荷载初始值、水平均布荷载初始值以及隧道开挖断面节点坐标计算各个节点的第一支护反力，并对开挖断面节点施加第一支护反力；

S3：计算开挖隧道的安全系数；

S4：判断安全系数是否等于目标值，如果等于，则第一支护反力将不再进行调整，迭代终止，否则根据安全系数与目标值的比值，计算第一阶段荷载调整比例；

S5：根据第一阶段荷载调整比例计算下一个迭代步的竖向均布荷载以及横向均布荷载，并重复执行步骤S2～S4，直到安全系数等于目标值，第一阶段迭代结束；

S6：计算第一阶段迭代结束时的位移结果，并判断第一阶段迭代结束时的位移结果是否小于等于隧道容许位移，如果是，则全部迭代结束，并将此时的竖向均布荷载作为竖向围岩压力，横向均布荷载作为横向围岩压力。

2.如权利要求1所述的隧道围岩压力确定方法，其特征在于，当第一阶段迭代结束时的位移计算结果大于隧道容许位移时，所述方法还包括：

S7：定义容差值，根据第一阶段迭代结束时的位移结果以及隧道容许位移计算第二阶段荷载调整比例，并根据第二阶段荷载调整比例计算下一个迭代步的竖向均布荷载以及横向均布荷载；

S8:根据步骤S7中计算出的竖向均布荷载、横向均布荷载以及开挖断面节点坐标计算各个节点的第二支护反力，并对开挖断面节点施加第二支护反力；

S9：计算第二阶段的位移结果，并判断第二阶段的位移结果与隧道容许位移差值的绝对值是否小于或等于容差值，如果是，则第二阶段的迭代终止，如果不是，则重复执行步骤S7～S8，直到第二阶段的位移结果与隧道容许位移差值的绝对值小于或等于容差值，并将迭代终止时的竖向均布荷载作为竖向围岩压力，横向均布荷载作为横向围岩压力。

3.如权利要求1所述的隧道围岩压力确定方法，其特征在于，步骤S2根据竖向均布荷载初始值、水平均布荷载初始值以及隧道开挖断面节点坐标计算各个节点的第一支护反力，包括：

利用FLAC3D的命令流，得到隧道开挖断面节点坐标；

确定待计算节点；

根据竖向均布荷载初始值、与待计算节点相邻的两个节点之间的距离，计算待计算节点的竖向支护力，根据横向均布荷载初始值、与待计算节点相邻的两个节点之间的距离，计算待计算节点的横向支护力；竖向支护力与横向支护力构成第一支护力。

4.如权利要求1所述的隧道围岩压力确定方法，其特征在于，步骤S3包括：

通过强度折减法计算开挖隧道的安全系数，其定义为：

式中：c和表示样本输入的粘聚力和内摩擦角,c_cr和表示隧道处于极限状态时的临界粘聚力和临界内摩擦角。

5.如权利要求1所述的隧道围岩压力确定方法，其特征在于，第一阶段荷载调整比例包括第一阶段第n次迭代中隧道荷载调整比例，用于调整该阶段第n+1次的均布荷载荷载，步骤S5根据第一阶段荷载调整比例计算下一个迭代步的竖向均布荷载以及横向均布荷载，包括：

根据第一阶段荷载调整比例计算下一个迭代步的竖向均布荷载：

其中，表示第一阶段第n次迭代中隧道荷载调整比例，表示第一阶段第n次迭代的竖向均布荷载，表示第一阶段第n+1次迭代的竖向均布荷载；

根据第一阶段荷载调整比例计算下一个迭代步的横向均布荷载：

其中，表示第一阶段第n次迭代中隧道荷载调整比例，表示第一阶段第n次迭代的横向均布荷载，表示第一阶段第n+1次迭代的横向均布荷载。

6.如权利要求2所述的隧道围岩压力确定方法，其特征在于，步骤S7包括：

S7.1：根据第一阶段迭代结束时的位移结果以及隧道容许位移计算第二阶段荷载调整比例，

其中，表示第一阶段结束时的位移计算结果，表示隧道容许位移，表示第二阶段第n次迭代中隧道荷载调整比例；

S7.2：根据第二阶段第n次迭代中隧道荷载调整比例计算下一个迭代步的竖向均布荷载：

其中，表示第二阶段第n次迭代的竖向均布荷载，表示第二阶段第n+1次迭代的竖向均布荷载；

S7.3：根据第二阶段第n次迭代中隧道荷载调整比例计算下一个迭代步的横向均布荷载：

其中，表示第二阶段第n次迭代的横向均布荷载，表示第二阶段第n+1次迭代的横向均布荷载。