CN111506956B - 一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法，包括：获取特大跨洞室整体稳定的安全系数λ1和块体稳定的安全系数λ2；计算特大跨洞室在无支护状态下的受力形态并圈定出洞室易发生失稳破坏的区域A；获取洞室上方不稳定块体K的形态及其结构面的c1值和
Figure DDA0002506588450000011
的正切值
Figure DDA0002506588450000012
施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低区域A岩体的c值和
Figure DDA0002506588450000013
的正切值
Figure DDA0002506588450000014
进行计算，直至发生整体失稳破坏，记录下此级别下的计算使用的c’和
Figure DDA0002506588450000015
值；施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低块体的c1值和
Figure DDA0002506588450000016
的正切值
Figure DDA0002506588450000017
进行计算，直至块体发生滑移破坏，记录下此级别下的计算使用的c1’和
Figure DDA0002506588450000018
值；分别计算得出
Figure DDA0002506588450000019
和
Figure DDA00025065884500000110
若λ1’＞λ1且λ2’＞λ2，则支护结构安全性满足要求。本发明的设计方法结果安全可靠、运用简便。

Description

一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法
技术领域
本发明涉及地下空间领域，尤其涉及一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法。
背景技术
随着社会的发展，地下空间的开发正朝着大跨度、高利用率的方向发展，制约洞室跨度增大的最主要因素是支护结构的安全性是否满足要求。
现阶段，对于常规洞室支护结构的设计，主要是根据规范和理论公式，并结合类似的工程实例来确定，其设计方法及安全评判体系已比较成熟。但对于特大跨度洞室特别是跨度大于50m的洞室支护设计，尚无规范和理论公式，可参考的工程案例几乎没有，其支护结构的设计方法及安全性的评定尚处于空白阶段，必须要建立起一套安全、可控的设计方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法，适用于特大跨度洞室的洞室支护，提供了一种以强度折减法为依据的设计方法，设计方法体系分明、方法合理、结果安全可靠、运用简便。
为实现上述目的，本发明的一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法的具体技术方案为：
一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法，包括：
获取特大跨洞室整体稳定的安全系数λ1和块体稳定的安全系数λ2；
计算特大跨洞室在无支护状态下的受力形态并圈定出洞室易发生失稳破坏的区域A；
获取洞室上方不稳定块体K的形态及其结构面的c1值和
Figure BDA0002506588430000011
的正切值
Figure BDA0002506588430000021
步骤四，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低区域A岩体的c值和
Figure BDA0002506588430000023
的正切值
Figure BDA0002506588430000024
进行计算，直至发生整体失稳破坏，记录下此级别下的计算使用的c’和
Figure BDA0002506588430000025
值；
步骤五，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低块体的c1值和
Figure BDA0002506588430000026
的正切值
Figure BDA0002506588430000027
进行计算，直至块体发生滑移破坏，记录下此级别下的计算使用的c1’和
Figure BDA0002506588430000028
值；
步骤六，分别计算得出
Figure BDA0002506588430000029
和
Figure BDA00025065884300000210
步骤七，若λ1’＞λ1且λ2’＞λ2，则支护结构安全性满足要求，反之则不满足，若支护结构安全性不满足要求，则需加大支护强度，依据新的支护结构重复步骤四～步骤六，直至满足λ1’＞λ1且λ2’＞λ2。
本发明的一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法的优点在于：
1)适用于特大跨度洞室、特别是跨度大于50m的洞室支护，为特大跨洞室支护结构设计方法缺失的现状提供了一种以强度折减法为依据的设计方法；
2)本发明的设计方法针对特大跨洞室的整体稳定和洞室上方块体的稳定，对岩体强度和结构面强度分别进行折减，并和安全系数进行对比，以此来判定和指导特大跨洞室支护结构的设计；
3)设计方法体系分明、方法合理、结果安全可靠、运用简便。
附图说明
图1为本发明中洞室易发生破坏区域A的示意图；
图2为本发明中洞室上方不稳定块体K的示意图；
图3为本发明中洞室整体位移发生突变示意图；
图4为本发明中洞室上方不稳定块体滑落的示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法做进一步详细的描述。
如图1至图4所示，其示为本发明的一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法，包括以下步骤：
步骤一，获取特大跨洞室整体稳定的安全系数λ1和块体稳定的安全系数λ2。
具体来说，根据洞室强度的破坏类型选取相关的安全系数作为整体稳定的安全系数，块体的安全系数通过块体理论获得。
举例来说，本发明的实施例1公开了一种超大跨洞室二衬支护结构的计算方法，特大跨洞室为剪拉破坏，选取洞室抗剪拉强度的安全系数作为洞室整体稳定的安全系数；块体的安全系数可通过块体理论获得。取特大跨洞室整体稳定的安全系数λ1＝2.5和块体稳定的安全系数λ2＝2。
步骤二，如图1所示，计算特大跨洞室在无支护状态下的受力形态并圈定出洞室易发生失稳破坏的区域A。
具体来说，易发生失稳破坏的区域可以是1个或多个。
步骤三，获取洞室上方不稳定块体K的形态及其结构面的c1值和
Figure BDA0002506588430000031
的正切值
Figure BDA0002506588430000032
具体来说，不稳定块体的形态和结构面参数通过地勘资料获取得到；其中，c1为结构面的粘聚力，单位为MPa；
Figure BDA0002506588430000033
为结构面的摩擦角，单位为角度。
在本发明的实施例1中，根据地勘资料获取洞室上方不稳定块体K的形态，如图2所示，结构面的c1＝0.5MPa和
Figure BDA0002506588430000034
的正切值
Figure BDA0002506588430000035
不稳定块体可以是1个或者多个，若是多个需分别进行计算。
步骤四，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低区域A岩体的c值和
Figure BDA0002506588430000036
的正切值
Figure BDA0002506588430000037
进行计算，直至发生整体失稳破坏，记录下此级别下的计算使用的c’和
Figure BDA0002506588430000038
值。
具体来说，整体失稳破坏的标准可通过洞室位移发生突变或岩体的应变达到极限应变来判定；其中，c为岩体的粘聚力，单位为MPa；
Figure BDA0002506588430000039
为岩体的摩擦角，单位为角度。
在本发明的实施例1中，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低区域A岩体的c＝1MPa和
Figure BDA0002506588430000041
的正切值
Figure BDA0002506588430000042
进行计算，直至发生整体失稳破坏，此时整体位移发生突变，如图3所示，记录下此级别下的计算使用的c’＝0.2MPa和
Figure BDA0002506588430000043
值。
步骤五，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低块体的c1值和
Figure BDA0002506588430000044
的正切值
Figure BDA0002506588430000045
进行计算，直至块体发生滑移破坏，记录下此级别下的计算使用的c1’和
Figure BDA0002506588430000046
值。
具体来说，块体结构面参数折减与整体岩体的参数折减计算是相互独立进行，在进行块体结构面参数折减时，需保持岩体的力学参数为原始状态。
在本发明的实施例1中，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低块体的c1值和正切值
Figure BDA0002506588430000047
进行计算，直至块体发生滑移破坏，如图4所示，记录下此级别下的计算使用的c’＝0.2和
Figure BDA0002506588430000048
值。
步骤六，分别计算得出
Figure BDA0002506588430000049
和
Figure BDA00025065884300000410
在本发明的实施例1中，计算得出
Figure BDA00025065884300000411
和
Figure BDA00025065884300000412
步骤七，若λ1＞λ1且λ2＞λ2，则支护结构安全性满足要求，反之则不满足，若支护结构安全性不满足要求，则需加大支护强度，依据新的支护结构重复步骤四～步骤六，直至满足λ1’＞λ1且λ2’＞λ2。
此外，针对安全系数不满足要求的区域可以进行针对性的局部支护加强。
在本发明的实施例1中，λ1’＞λ1且λ2’＞λ2，支护结构安全性满足要求。
本发明的一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法，适用于特大跨度洞室、特别是跨度大于50m的洞室支护，为特大跨洞室支护结构设计方法缺失的现状提供了一种以强度折减法为依据的设计方法；本发明的设计方法针对特大跨洞室的整体稳定和洞室上方块体的稳定，对岩体强度和结构面强度分别进行折减，并和安全系数进行对比，以此来判定和指导特大跨洞室支护结构的设计；设计方法体系分明、方法合理、结果安全可靠、运用简便。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.一种特大跨洞室支护结构可控性设计方法，其特征在于，包括：
步骤一，获取特大跨洞室整体稳定的安全系数λ1和块体稳定的安全系数λ2；
步骤二，计算特大跨洞室在无支护状态下的受力形态并圈定出洞室易发生失稳破坏的区域A，易发生失稳破坏的区域是1个或多个；
步骤三，获取洞室上方不稳定块体K的形态及其结构面的c1值和
Figure FDA0003752080190000011
的正切值
Figure FDA0003752080190000012
其中，c1为结构面的粘聚力，单位为MPa；
Figure FDA0003752080190000013
为结构面的摩擦角，单位为角度；不稳定块体是1个或者多个，若是多个需分别进行计算；
步骤四，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低区域A岩体的c值和
Figure FDA0003752080190000014
的正切值
Figure FDA0003752080190000015
进行计算，其中，c为岩体的粘聚力，单位为MPa；
Figure FDA0003752080190000016
为岩体的摩擦角，单位为角度；直至发生整体失稳破坏，记录下此级别下的计算使用的c'和
Figure FDA0003752080190000017
值，整体失稳破坏的标准可通过洞室位移发生突变或岩体的应变达到极限应变来判定；
步骤五，施加特大跨洞室的支护结构，分级不断降低块体的c1值和
Figure FDA0003752080190000018
的正切值
Figure FDA0003752080190000019
进行计算，直至块体发生滑移破坏，记录下此级别下的计算使用的c1'和
Figure FDA00037520801900000110
值；
步骤六，分别计算得出
Figure FDA00037520801900000111
和
Figure FDA00037520801900000112
步骤七，若λ1'>λ1且λ2'>λ2，则支护结构安全性满足要求，反之则不满足，若支护结构安全性不满足要求，则需加大支护强度，依据新的支护结构重复步骤四～步骤六，直至满足λ1'>λ1且λ2'>λ2。
2.根据权利要求1所述的可控性设计方法，其特征在于，在步骤一中，根据洞室强度的破坏类型选取相关的安全系数作为整体稳定的安全系数，块体的安全系数通过块体理论获得。
3.根据权利要求1所述的可控性设计方法，其特征在于，在步骤三中，不稳定块体的形态和结构面参数通过地勘资料获取得到。
4.根据权利要求1所述的可控性设计方法，其特征在于，在步骤五中，块体结构面参数折减与整体岩体的参数折减计算为相互独立进行，在进行块体结构面参数折减时，保持岩体的力学参数为原始状态。
5.根据权利要求1所述的可控性设计方法，其特征在于，在步骤七中，针对安全系数不满足要求的区域进行针对性的局部支护加强。
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