[发明专利]一种评估隧道存在软弱夹层下掌子面稳定性的方法

摘要

本发明公开了一种评估隧道存在软弱夹层下掌子面稳定性的方法。本发明主要包括，(1)根据隧道埋深、围岩条件、隧道开挖跨度、地表超载，确定隧道掌子面破坏体顶部的竖向压力；(2)计算掌子面沿着软弱夹层破坏的安全系数；(3)计算掌子面沿着围岩内部破坏的安全系数；(4)确定掌子面稳定安全系数。本发明可以评估不同软弱夹层的位置、不同软弱夹层的倾角以及不同软弱夹层力学参数下的掌子面稳定安全系数；亦可以分析隧道埋深、开挖跨度、地表超载等对掌子面的稳定影响，解决了该地层稳定性评估难的问题，有利于提前采取应对措施。

主权项

1.一种评估隧道存在软弱夹层下掌子面稳定性的方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)根据隧道埋深、围岩条件、隧道开挖跨度、地表超载，确定隧道掌子面破坏体顶部的竖向压力，其按下式计算：/n /n其中，p为隧道掌子面破坏体顶部的竖向压力；γ为掌子面围岩重度；b为隧道开挖跨度的一半；H为隧道埋深，即地表到隧道拱顶的垂直距离；σ_s为地表超载；λ为侧压力系数；φ₀为掌子面围岩的似摩擦角，其由下式确定：/n /n其中，为掌子面围岩内摩擦角；/n(2)计算掌子面沿着软弱夹层破坏的安全系数，其包括如下步骤：/n(Ⅰ)计算沿着软弱夹层的下滑力，其按下式计算：/n /n其中，F_{夹层下滑力}为软弱夹层的下滑力；h为掌子面软弱夹层位置到隧道拱顶的距离；θ为软弱夹层的倾角；/n(Ⅱ)计算软弱夹层的抗滑力，其按下式计算：/n /n其中，F_{夹层抗滑力}为软弱夹层的抗滑力；c_夹层为软弱夹层的黏聚力；为软弱夹层的内摩擦角；/n(Ⅲ)计算掌子面沿着软弱夹层破坏的安全系数，其按下式计算：/n /n其中，K_夹层为掌子面沿着软弱夹层破坏的安全系数；/n(3)计算掌子面沿着围岩内部破坏的安全系数，其包括如下步骤：/n(Ⅰ)计算围岩内部的下滑力，其按下式计算：/n /n其中，F_{围岩内下滑力}为围岩内破坏的下滑力；α为围岩内的破裂角，其按下式计算：/n /n(Ⅱ)计算围岩内部的抗滑力，其按下式计算：/n /n其中，F_{围岩内抗滑力}为围岩内破坏的抗滑力；c为掌子面围岩黏聚力。/n(Ⅲ)计算掌子面沿着围岩内部破坏的安全系数，其按下式计算：/n /n其中，K_围岩内为掌子面沿着围岩内部破坏的安全系数；/n(4)确定掌子面稳定安全系数，其按以下方式确定：/nK＝min(K_夹层,K_围岩内)；/n其中，K掌子面稳定安全系数，min为最取K_夹层、K_围岩内两者中的最小者；/n由此可以评估不同软弱夹层的位置、不同软弱夹层的倾角以及不同软弱夹层位置的下掌子面稳定安全系数；亦可以分析隧道埋深、开挖跨度、地表超载对掌子面的稳定影响。/n