一种黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法技术

本申请公开了一种黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，所述方法包括：S1、对黄土隧道浅埋段围岩进行变形特征分析，得到围岩变形规律；S2、基于所述围岩变形规律对黄土隧道支护结构进行分析，得到支护结构分析结果；S3、基于所述支护结构分析结果对地下水分运移进行计算，得到水分运移结果；S4、基于所述水分运移结果构建黄土隧道施工过程中的水

【技术实现步骤摘要】
一种黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法


[0001]本专利技术属于隧道施工
，尤其涉及一种黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法。

技术介绍

[0002]地下水水位及降雨等因素引起的土体含水率变化对黄土隧道围岩变形及支护结构力学特性的影响研究一直是隧道及地下工程中不可避免的难题，往往需要考虑渗流对围岩稳定性的影响。隧道开挖必定会引起地下水渗流路径的改变。根据土力学有效应力原理可知，土体中孔隙水压力下降，有效应力就会增加，与此同时土体会被压密，渗透系数随之降低，水渗流受阻，这种渗流与应力相互影响的问题就是典型的流固耦合问题。
[0003]随着高速公路的建设越来越多，我国高速公路的建设过程中已经积累了大量丰富的经验，主要表现在隧道支护结构计算模型、围岩压力理论、隧道支护结构与围岩相互作用下的有限元数值模拟、室内室外模型试验以及现场监测、施工方法等诸多方面。目前，荷载结构模型、收敛约束模型、地层结构模型及经验类比模型作为隧道设计的主要计算模型，在工程设计中应用较广。随着地下工程的不断发展，以古典土压力理论为主流的研究慢慢的已不再适用于更加复杂的地下环境中。

技术实现思路

[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，包括：
[0005]S1、对黄土隧道浅埋段围岩进行围岩分析，得到围岩分析结果；
[0006]S2、基于所述围岩分析结果对黄土隧道支护结构进行分析，得到支护结构分析结果；
[0007]S3、基于所述支护结构分析结果对地下水分运移进行计算，得到水分运移结果；
[0008]S4、基于所述水分运移结果构建黄土隧道施工过程中的水力耦合数值模型；
[0009]S5、基于所述水力耦合数值模型得到浅埋黄土隧道围岩及支护结构在不同地下水位下的变形规律和力学特征。
[0010]可选的，所述得到围岩分析结果的过程包括：
[0011]对黄土隧道浅埋段进行初步勘察，得到所述黄土隧道浅埋段的基本信息；
[0012]基于所述黄土隧道浅埋段的基本信息构建分析模型；
[0013]利用构建的分析模型对围岩进行分析得到围岩分析结果。
[0014]可选的，所述构建分析模块的过程包括：
[0015]采用Plaxis3D有限元软件对施工方法进行数值模拟；
[0016]基于数值模拟结果得到隧道围岩的变形特征；
[0017]基于所述隧道的变形特征采用MIDAS
‑
GTS有限元软件进行隧道设计的模拟。
[0018]可选的，得到支护结构分析结果的过程包括：
[0019]S21、获取隧道掌子面的超前变形量预测值和超前变形量控制标准值；
[0020]S22、根据所述超前变形量预测值和超前变形量控制标准值判断隧道开挖过程中是否需要做支护；
[0021]S23、支护结构施作后，计算钢架支护力、混凝土支护力和锚杆支护力；
[0022]S24、基于所述钢架支护力、所述混凝土支护力和所述锚杆支护力计算围岩在支护作用下的径向位移解析解；
[0023]S25、基于所述径向位移解析解得到围岩变形的特征曲线；
[0024]S26、基于所述围岩变形的特征曲线得到支护结构的分析结果。
[0025]可选的，得到水分运移结果的过程包括：
[0026]计算黄土隧道中土的透水性和给水度；
[0027]基于所述透水性和给水度采用达西定律计算水分运移结果。
[0028]可选的，水力耦合数值模型的构建过程包括：
[0029]基于所述水分运移结果计算稳定渗流的连续性方程和饱和土非稳定渗流的连续性方程得到渗流
‑
应力耦合控制方程；
[0030]基于所述渗流
‑
应力耦合控制方程利用有限元程序进行水力耦合数值模型的构建。
[0031]可选的，稳定渗流的连续性方程包括：
[0032][0033]其中，x、y和z方向各有流速v
x
、v
y
和v
z
，q为内源。
[0034]可选的，饱和土非稳定渗流的连续性方程包括：
[0035]S
s
＝ρ
w
g(C
s
+nC
w
)
[0036]其中，S
s
为储水率或单位储水量，ρ
w
gC
s
为土体骨架压缩释放出的储存水量，ρ
w
gnC
w
为孔隙水膨胀释放出的储存水量，h为水头。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0038]本申请基于围岩变形、支护结构受力的分布特征和变化规律、水分运移影响下浅埋隧道围岩变形与支护结构受力的变化特征，建立黄土隧道的有限元模型，得到变形规律，基于变形规律对围岩采取不同的加固措施，使得隧道更加安全。
附图说明
[0039]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0040]图1为本专利技术实施例的黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0041]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0042]如图1所示，本专利技术公开了黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，具体包
括：
[0043]S1、对黄土隧道浅埋段围岩进行围岩分析，得到围岩分析结果；
[0044]S2、基于所述围岩分析结果对黄土隧道支护结构进行分析，得到支护结构分析结果；
[0045]S3、基于所述支护结构分析结果对地下水分运移进行计算，得到水分运移结果；
[0046]S4、基于所述水分运移结果构建黄土隧道施工过程中的水力耦合数值模型；
[0047]S5、基于所述水力耦合数值模型得到浅埋黄土隧道围岩及支护结构在不同地下水位下的变形规律和力学特征。
[0048]得到围岩分析结果的过程包括：
[0049]对黄土隧道浅埋段进行初步勘察，得到黄土隧道浅埋段的基本信息；
[0050]基于黄土隧道浅埋段的基本信息构建分析模型；
[0051]利用构建的分析模型对围岩进行分析得到围岩分析结果。
[0052]构建非连续计算模型，根据模拟工程的实际条件，设置计算模型的固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数以及地应力参数信息，以此构建非连续计算模型；
[0053]非连续变形计算分析：基于非连续计算模型模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，采用非连续变形分析方法计算得到最大主应力分布图；
[0054]遴选应力图关键点绘制散点图：基于模拟情况，待隧道围岩稳定后，分析隧道围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，其特征在于，方法包括如下步骤：S1、对黄土隧道浅埋段围岩进行围岩分析，得到围岩分析结果；S2、基于所述围岩分析结果对黄土隧道支护结构进行分析，得到支护结构分析结果；S3、基于所述支护结构分析结果对地下水分运移进行计算，得到水分运移结果；S4、基于所述水分运移结果构建黄土隧道施工过程中的水力耦合数值模型；S5、基于所述水力耦合数值模型得到浅埋黄土隧道围岩及支护结构在不同地下水位下的变形规律和力学特征。2.根据权利要求1所述的黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，其特征在于，所述得到围岩分析结果的过程包括：对黄土隧道浅埋段进行初步勘察，得到所述黄土隧道浅埋段的基本信息；基于所述黄土隧道浅埋段的基本信息构建分析模型；利用构建的分析模型对围岩进行分析得到围岩分析结果。3.根据权利要求2所述的黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，其特征在于，所述构建分析模块的过程包括：采用Plaxis3D有限元软件对施工方法进行数值模拟；基于数值模拟结果得到隧道围岩的变形特征；基于所述隧道的变形特征采用MIDAS
‑
GTS有限元软件进行隧道设计的模拟。4.根据权利要求1所述的黄土隧道浅埋段围岩及支护结构力分析方法，其特征在于，得到支护结构分析结果的过程包括：S21、获取隧道掌子面的超前变形量预测值和超前变形量控制标准值；S22、根据所述超前变形量预测值和超前变形量控制标准值判断隧道开挖过程中是否需要做支护；S23、支护结构施作后，计算钢架支护力、混凝土支护力和锚杆支护力；专利权利要求的撰写不能出现“等”S24、基于所述钢架支护力、所述混凝土支护力和所述锚杆支护力计算围岩在支护...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄前兵，徐益山，王强，高飞，杜耀辉，高岳，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：