本发明专利技术公开了一种评估斜井掌子面‑进尺段稳定性的计算方法。本发明专利技术主要是，首先计算斜井掌子面‑进尺段破坏面尺寸之间的几何与角度关系，确定掌子面‑进尺段各破坏块体速度关系，然后分别计算围岩重力外力功率、围岩内能耗散功率，计算稳定安全系数，并与允许稳定安全系数进行比较，判断斜井掌子面‑进尺段是否稳定安全。本发明专利技术为评估斜井掌子面‑进尺段的稳定性提供了计算方法；据此可以评价掌子面‑进尺段是否稳定安全；进而可以确定不同斜井开挖高度以及不同开挖进尺下的稳定安全系数，从而为斜井安全施工提供依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于斜井施工，具体涉及一种评估斜井掌子面-进尺段稳定性的计算方法。
技术介绍
1、随着我国隧道修建技术的提高，目前隧道向着埋深越来越深、长度越来越长、断面越来越大的趋势发展。为了加快施工进度，常采用修建斜井等辅助通道来增加工作面。如成兰铁路跃龙门隧道穿越四川西部龙门山山脉，为双洞分修隧道，左线全长19 981 m，右线全长20 042 m，17.8‰单面上坡，最大埋深1 450 m，仅斜井就采用了3个作为辅助通道来加快施工进度。斜井施工时，每个进尺开挖都会影响掌子面稳定；并且进尺段稳定与掌子面的稳定存在相互作用，进尺段不稳定会影响掌子面，而掌子面的失稳又有可能扩展到进尺段，因此，开展斜井掌子面-进尺段的稳定研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
2、目前关于斜井掌子面-进尺段稳定性的研究很少，既有少量文献或专利是采用数值模拟分析不同斜井倾角下与不同斜井掌子面形式下的掌子面稳定性等，未能提供一种理论上的分析方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种评估斜井掌子面-进尺段稳定性的计算方法。本专利技术可以判断斜井掌子面-进尺段是否满足安全要求，进而可以确定斜井不同开挖高度与不同开挖进尺下的稳定安全系数，从而为斜井安全施工等提供依据。
2、本专利技术的评估斜井掌子面-进尺段稳定性的计算方法，包括如下顺序的步骤：
3、(1)斜井掌子面-进尺段破坏面尺寸之间的几何与角度关系：
4、；
5、；
6、；</p>7、；
8、；
9、；
10、；
11、；
12、；
13、式中：
lae为a点与e点之间的长度；
d为斜井开挖高度；
laf为a点与f点之间的长度；
len为斜井开挖进尺；
loa为o点与a点之间的长度；
lob为o点与b点之间的长度；
φ为围岩内摩擦角；
a为斜井倾角；
a1为边oa与边ab之间的夹角；
a2为边ob与边ab之间的夹角；
a3为边ae与边fe之间的夹角；
a4为边fe与边af之间的夹角；
a5为边ae与边af之间的夹角；
14、(2)确定掌子面-进尺段各破坏块体速度关系：
15、；
16、；
17、；
18、；
19、；
20、式中：
v1为块体oab的速度；
v0为破坏块体afe的速度；
v0,1为块体afe相对于块体oab的相对速度；
a6为速度
v0与速度
v0,1的夹角；
a7为速度
v1与速度
v0,1的夹角；
a8为速度
v0与速度
v1的夹角；
21、(3)围岩重力外力做功功率，其包括如下步骤：
22、（ⅰ）根据上述计算块体各边长关系得到各块体的面积：
23、；
24、；
25、式中：soab为块体oab的面积；safe为块体afe的面积；
26、（ⅱ）围岩重力外力功率为各块体重力与速度竖向分量的乘积，则根据上述得到块体的面积与速度可以得到：
27、；
28、式中：wγ为围岩重力外力功率；γ为围岩重度；
29、(4)围岩内能耗散功率为：
30、；
31、式中：
ed为围岩内能耗散功率；
c为围岩黏聚力；
32、(5)稳定安全系数为：
33、；
34、式中：fos为稳定安全系数；
35、(6)判断斜井掌子面-进尺段是否稳定安全：
36、若，则斜井掌子面-进尺段稳定，施工安全；
37、若，则斜井掌子面-进尺段不稳定，施工不安全；
38、式中：[fos]为允许稳定安全系数。
39、本专利技术与现有技术和研究方法相比，具有如下的优点：
40、目前关于斜井掌子面-进尺段稳定性的研究很少，既有少量文献或专利是采用数值模拟分析不同斜井倾角与不同斜井掌子面形式下的掌子面稳定性以及采用具体的工程加固措施等，未能提供一种理论上的分析方法。
41、本专利技术为评估斜井掌子面-进尺段的稳定性提供了计算方法；据此可以评价掌子面-进尺段是否稳定安全；进而可以确定不同斜井开挖高度以及不同开挖进尺下的稳定安全系数，从而为斜井安全施工提供依据。本专利技术的方法，亦可以应用于采矿巷道、水工隧洞等采用斜井辅助通道施工时掌子面-进尺段稳定性评价以及预加固措施的分析等。
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【技术保护点】
1.一种评估斜井掌子面-进尺段稳定性的计算方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
【技术特征摘要】
1.一种评估斜井掌子面-进尺段稳定性的计...
【专利技术属性】
技术研发人员：安永林，周鲁云，李生辉，刘文娟，郭晋东，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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