[发明专利]一种基于损伤扩容理论的围岩位移预警方法

摘要

本发明公开了一种基于损伤扩容理论的围岩位移预警方法，包括如下步骤：(1)基于传统的Fennar公式，通过弹性力学求解，得到围岩压力p_i的计算式，引入扩容系数k，考虑围岩随开挖过程损伤扩容变形的扩容效应，得到考虑围岩损伤区扩容效应的洞壁位移u₀的公式；(2)对损伤扩容区围岩进行考虑扩容效应的分层位移计算；(3)针对岩石损伤扩容过程的应力应变曲线特征，建立三级预警安全管理设计体系，指导施工安全控制。本发明建立了围岩三级损伤扩容预警状态，可以更加真实精确的预测洞壁位移情况，考虑支护结构的影响，因此也可以根据初步设计、施工设计等不同设计阶段特点分步进行，具有非常容易推广的工程应用价值。

主权项

1.一种基于损伤扩容理论的围岩位移预警方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)基于传统的Fennar公式，通过弹性力学求解，得到围岩压力pi的计算式；其中，c、分别为岩石的内聚力kPa和内摩擦角°；p₀为该处围岩初始应力值；r₀为隧洞半径；r_p为围岩塑性区半径；p_i为围岩施加在衬砌上的压力，与r_p成反比；引入扩容系数k，考虑围岩损伤扩容变形过程中的扩容效应，通过方程(2)、(3)得到考虑松动区扩容效应的洞壁位移u0的公式；(1+k)π(rp2‑r02)＝π[(rp‑uB)2‑(r0‑u0)2]    (3)式中：其中，c、μ、E分别为岩石的内聚力kPa、内摩擦角°、泊松比、变形模量GPa；u_B为在弹、塑性区交界面上的位移；r_p为围岩塑性区半径；p₀为该处围岩初始应力值；r₀为隧洞半径；p_i为围岩施加在衬砌上的压力；(2)对塑性损伤扩容区围岩进行考虑扩容效应的分层位移计算；(3)针对岩石损伤扩容过程的应力应变曲线特征，采用其曲线曲率变化值作为围岩岩石损伤破坏关键状态的表征，由于隧洞开挖过程中洞壁围岩松动扩容效应最大，因此以洞壁围岩的扩容破坏特征状态作为围岩安全稳定性的判别依据，建立三级预警安全管理设计体系，指导施工安全控制。