[发明专利]一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法

说明书

本发明提供了一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法，采用了自动迭代算法，首先利用FLAC3D建立隧道的数值模型，并施加支护反力，通过编程实现对支护反力进行自动调整，得到满足安全系数和容许位移的支护反力，最后利用支护反力反算围岩压力，不需要提前确定迭代所需的支护反力的上界和下界，减少分析步骤和计算时间；不需要人为判断计算结果是否收敛，计算结果更加准确；迭代过程可以自动完成，不需要在数值计算和更新支护反力之间来回手动切换。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其涉及一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法。

背景技术

《隧规》中计算深埋隧道围岩压力时并没有考虑隧道埋深对围岩压力的影响，因此，得到的结果并不准确。现有研究提出了两种围岩压力确定方法。

一种方法是基于大量现场实测数据统计分析对隧道围岩压力进行研究，从而拟合得到的围岩压力计算公式。但由于地质条件千变万化，施工水平的差别、支护参数的不同，即使围岩条件相同，围岩压力在时空上也具有变异性。因此，这种方法不能适用于所有隧道围岩压力计算。

另一种方法是建立隧道有限元模型，并施加支护反力，通过手动调节支护反力大小，使模型恰好收敛。最后将支护反力转换为均布荷载，此时的均布荷载作为隧道围岩压力。在理论上，这种方法可以根据具体的地质条件采用各种符合实际工程的本构模型，提高计算结果的准确性。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术中存在如下技术问题：

1.需要手动调整隧道支护反力，并多次反复地建立数值模型进行计算，计算过程繁琐，耗时较久，效率低。2.需要提前确定用于支护反力的上限和下限，计算工作量大。

由此可知，现有技术中的方法存在计算效率低的技术问题。

发明内容

本发明提出一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法，用于解决或者至少部分解决现有技术中的方法存在的计算效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于地层结构法的隧道围岩压力确定方法，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。

在一种实施方式中，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；