[发明专利]一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法

说明书

本发明属于盾构隧道施工技术领域，公开了一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，包括：通过建立数值模型确定剪胀角对隧道掌子面的显著影响；利用数值模拟验证三维破坏机制的合理性并进一步确定非关联对隧道掌子面稳定性的影响；由所提出的模型、数值模拟和现有方法获得的结果进行比较；所述系统包括：数值模拟模块，理论模型构建模块和计算对照模块。本发明提供的基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，通过建立数值模型来验证剪胀角对隧道掌子面的显著影响；然后提出一种新的三维破坏机制来研究非关联对隧道掌子面稳定性的影响；最后由所提出的模型、数值模拟和现有方法获得的结果进行比较。

技术领域

本发明属于盾构隧道施工技术领域，尤其涉及一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法。

背景技术

目前，由于城市化进程的推进，地下交通项目不断发展。盾构隧道施工以其事故率低、效率高的特点成为我国城市轨道交通建设的重要施工方法之一。在盾构掘进过程中，掌子面的稳定性是一个至关重要的问题。通常，只有合理的支护压力才能保证盾构掌子面的稳定性。如果支撑压力相对于土压力较小，就会发生坍塌。因此，应注意和仔细研究盾构隧道掌子面的稳定性。

一些学者进行了一系列实验试验，通过离心试验或1g模型试验。随着计算机的飞速发展，一种更为有效的方法，即数值模拟，被用来分析隧道掌子面的稳定性。一些学者采用了不同的模拟方法，包括有限元法、有限差分法和离散元法，针对不同的土壤和实际情况。Yu et al.提出的虚拟混合仿真(VHS)方法被应用于评估大开地铁站的地震响应。此外，理论分析是获取极限支撑压力最常用的方法之一。

鉴于其理论基础严密、计算准确等优点，极限分析法在推导极限支撑压力计算公式中得到越来越广泛的应用。Mollon et al.提出了一种基于空间离散化技术和矢量方法的旋转模型，其特点是覆盖整个隧道表面。此外，Mollon et al.获得的失效区与实验测试一致。Zou et al.通过改变破坏机制的上部进一步改进了旋转破坏机制。张等人。Zhang etal.的灵感来自Michalowski et al.的理论研究，并提出了一种用于隧道掌子面非线性分析的三维对数螺旋模型。此外，Li et al.基于对数螺旋提出了一种新的3D破坏机制，包括单个块和分布力，以分析粘性摩擦土中隧道掌子面的稳定性。

Leca和Dormieux提出了在极限分析框架内由一个或两个截断的刚性锥体组成的模型。然后，为了提高计算精度，Soubra et al.提出了五个截断刚性锥体的破坏机制。最近，Li et al.根据Protodyakonov理论和多块失效机制，根据使用FLAC3D的数值模拟提出了一个模型。

然而，上述工作基于土体受相关流动规则的假设研究了隧道掌子面的稳定性分析。这个假设意味着剪胀角等于土壤摩擦角事实上，岩土材料通常受非关联流动规律的影响，土壤剪胀角的值在0到的范围内。然后，一些学者研究了非关联对边坡稳定性的影响。然而，在现有文献中，考虑非关联流动规律的盾构隧道掌子面稳定性分析研究较少。因此，亟需设计一种新的基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法、系统、介质、设备。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术假设剪胀角等于土壤摩擦角然而岩土材料通常受非关联流动规律的影响，土壤剪胀角的值在0到的范围内，假设与实际情况不符；同时，现有文献中考虑非关联流动规律的盾构隧道掌子面稳定性分析的研究较少。

解决以上问题及缺陷的难度为：目前研究鲜有考虑非关联流动法则对隧道开挖面稳定性的影响，且缺少系统研究的方法。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明推导了考虑非关联流动法则的极限支护压力计算模型，可以为隧道开挖面支护力的初步设计提供参考；同时提供了研究开挖面稳定性的思路。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法，尤其涉及一种基于非关联流动法则的隧道开挖面稳定性分析方法。