CN117436185B - 城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统、终端和存储介质 - Google Patents

城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统、终端和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，获取城门洞形隧洞的断面面积；采用面积等效原则，获取与城门洞形隧洞面积相同的圆形隧洞；设定岩体力学参数的取值和初始地应力场的多种组合；对相同组合下的城门洞形隧洞和圆形隧洞的围岩变形规律进行分析，获取在不同强度应力比情况下的，城门洞形隧洞拱顶围岩变形和圆形隧洞围岩变形之比的第一关系图，进行拟合求解，得到城门洞形隧洞拱顶围岩变形的预测公式；对城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形进行分析，得到在不同强度应力比情况下的城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形之比的第二关系图，进行拟合求解，得到城门洞型隧洞的边墙围岩变形预测公式。

Description

城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统、终端和存储介质
技术领域
本发明设计城门洞形隧洞围岩设计安全技术领域，具体涉及一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统、终端和存储介质。
背景技术
隧道预留变形量是指在隧道设计和施工过程中，为了最大限度地发挥围岩自承作用，在考虑初期支护和围岩的变形情况下，特意设置的一定空间。这个预留量允许初期支护结构和周边围岩出现一定程度的相对位移或者塌陷，将开挖线进行适当扩大。通过给予合理的空间容忍度，可以减少对初始支护结构造成不利影响，提供足够时间采取措施来稳定周边土体或者进行进一步加固。在具体实践中，根据不同地质条件、工程要求以及安全性考虑等因素确定合适的隧道预留变形量是十分重要。
然而现有的围岩变形预测公式均基于圆形隧洞展开，难以扩展至城门洞形隧洞进行使用，目前针对城门洞形隧洞的围岩预留变形量的确定仍较为困难。
发明内容
本发明提出了一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，以解决现有技术难以对城门洞形隧洞的围岩预留变形量进行确定的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，包括城门洞形隧洞断面面积获取模块、面积等效模块和强度应力分析模块；
城门洞形隧洞断面面积获取模块，用于获取城门洞形隧洞的断面面积，并输入面积等效模块；
面积等效模块，用于采用面积等效原则，获取与城门洞形隧洞面积相同的圆形隧洞；
强度应力分析模块，用于设定岩体力学参数的取值和初始地应力场的多种组合；对相同组合下的城门洞形隧洞和圆形隧洞的围岩变形规律进行分析，获取在不同强度应力比情况下的，城门洞形隧洞拱顶围岩变形和圆形隧洞围岩变形之比的第一关系图，对第一关系图进行拟合求解，得到城门洞形隧洞拱顶围岩变形的预测公式；对城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形进行分析，得到在不同强度应力比情况下的城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形之比的第二关系图，对第二关系图进行拟合求解，得到城门洞型隧洞的边墙围岩变形预测公式。
优选地，强度应力分析模块中的岩体力学参数包括：变形模量、粘聚力和内摩擦系数。
优选地，变形模量的取值范围为1.2至6GPa，粘聚力的取值范围为0.2至0.7MPa，内摩擦力系数的取值范围为0.5~0.8。
优选地，强度应力分析模块对第一关系图进行拟合求解时R方为0.83。
优选地，强度应力分析模块对第一关系图进行拟合求解后的表达式为：
式中，表示城门洞形隧洞拱顶围岩变形，/>表示圆形隧洞围岩变形，/>表示岩体抗压强度，/>表示地应力，/>表示支护抗力。
优选地，强度应力分析模块对第二关系图进行拟合求解时R方为0.84。
优选地，强度应力分析模块对第二关系图进行拟合求解，得到的城门洞型隧洞的边墙围岩变形预测公式为：
式中，表示城门洞形隧洞边墙变形，/>表示岩体抗压强度，/>表示地应力。
本发明还提供了一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定终端，包括存储器和处理器；
存储器，用于存储计算机程序及城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统；
处理器，用于执行计算机程序及城门洞形隧洞围岩预留变形量确定方法，以实现上述系统中模块的功能。
本发明还提供了一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，计算机指令用于使处理器执行时实现上述系统中模块的功能。
本发明的有益效果至少包括：
通过面积等效原则，建立城门洞形隧洞拱顶围岩变形的圆形隧洞围岩变形之比之间的关系，在得到城门洞形隧洞拱顶围岩变形的情况下，再进行城门洞形隧洞的分析，得到了在不同强度应力比情况下的城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形之比，从而得到城门洞形隧洞的边墙和顶墙的预测公式，从而对城门洞形隧洞围岩预留变形量确定上，提供了一个简单有效的确定方法。
附图说明
图1为本发明实施例的系统模块流程示意图；
图2为本发明实施例的某地城门洞型隧洞典型断面示意图；
图3为本发明实施例的通过面积等效得到的圆形隧洞典型断面示意图；
图4为本发明实施例的城门洞形隧洞顶拱和圆形隧洞变形之比和岩体强度应力比的关系示意图；
图5为本发明实施例的城门洞形隧洞边墙和拱顶变形之比和岩体强度应力比的关系示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，包括城门洞形隧洞断面面积获取模块、面积等效模块和强度应力分析模块；
城门洞形隧洞断面面积获取模块，用于获取城门洞形隧洞的断面面积，并输入面积等效模块。
具体地，如图2所示，以某地右岸3#和4#导流洞典型断面为例，拟定宽19.9m、高27.2m的断面尺寸，该典型断面的隧洞开挖面积为507㎡。
面积等效模块，用于采用面积等效原则，获取与城门洞形隧洞面积相同的圆形隧洞。
具体地，如图3所示，采用面积等效原则求得与城门洞形典型断面面积相同的圆形隧洞，为一直径25.4m的圆形隧洞。
强度应力分析模块，用于设定岩体力学参数的取值和初始地应力场的多种组合；对相同组合下的城门洞形隧洞和圆形隧洞的围岩变形规律进行分析，获取在不同强度应力比情况下的，城门洞形隧洞拱顶围岩变形和圆形隧洞围岩变形之比的第一关系图，对第一关系图进行拟合求解，得到城门洞形隧洞拱顶围岩变形的预测公式；对城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形进行分析，得到在不同强度应力比情况下的城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形之比的第二关系图，对第二关系图进行拟合求解，得到城门洞型隧洞的边墙围岩变形预测公式。
具体地，本发明实施例中，为了获取大量的分析实验数据，通过对围岩力学参数取值和初始地应力场取值，进行组合，即可得到实验数据。
具体地，围岩力学参数取值和初始地应力场不同组合的多种方案如表1所示。
表1
具体地，分析相同计算方案，即相同围岩力学参数和初始地应力场组合情况下的城门洞形和圆形隧洞围岩变形规律，确定影响变形的主要因素。经计算分析，建立以强度应力比为自变量的函数，描述城门洞形隧洞拱顶围岩变形δ D-top和圆形隧洞围岩变形δ O的关系，如图4所示，在R方为0.83的情况下，求得拟合公式为：
（1）
式中，表示城门洞形隧洞拱顶围岩变形，/>表示圆形隧洞围岩变形，/>表示岩体抗压强度，/>表示地应力，/>表示支护抗力，其中/>，/>表示内摩擦角，c表示岩体的粘聚力。
具体地，经计算分析，建立以强度应力比为自变量的函数，描述城门洞形隧洞边墙变形δ D-side和拱顶变形δ D-top的关系，如图5所示，在R方为0.84的情况下，求得拟合公式为：
（2）
式中，表示城门洞形隧洞边墙变形，/>表示岩体抗压强度，/>表示地应力。
本发明的方法在对某地区右岸3#导流洞典型断面为例进行使用时，将式（1）和式（2）分别用于顶拱和边墙部位的围岩预留变形量预测，结果见表2所示。
表2
可见：在无支护条件下，边墙在开挖出露后的增量变形达332mm，相对变形为3.33%，超过规范要求的2%上限；在考虑支护措施（含新增的系统锚索支护）后，边墙预留变形量为191mm，与现场实测围岩变形量相当，表明获得预测公式能够应用实际工程的围岩预留变形量估算。
本发明实施例还提供了一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定终端，包括存储器和处理器；
存储器，用于存储计算机程序及城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统；
处理器，用于执行计算机程序及城门洞形隧洞围岩预留变形量确定方法，以实现上述系统中模块的功能。
本发明实施例还提供了一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，计算机指令用于使处理器执行时实现上述系统中模块的功能。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，仅表达了本发明的较佳实施例而已，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，其特征在于：包括城门洞形隧洞断面面积获取模块、面积等效模块和强度应力分析模块；
所述城门洞形隧洞断面面积获取模块，用于获取城门洞形隧洞的断面面积，并输入所述面积等效模块；
所述面积等效模块，用于采用面积等效原则，获取与所述城门洞形隧洞面积相同的圆形隧洞；
所述强度应力分析模块，用于设定岩体力学参数的取值和初始地应力场的多种组合；对相同组合下的城门洞形隧洞和圆形隧洞的围岩变形规律进行分析，获取在不同强度应力比情况下的，城门洞形隧洞拱顶围岩变形和圆形隧洞围岩变形之比的第一关系图，对所述第一关系图进行拟合求解，得到城门洞形隧洞拱顶围岩变形的预测公式；对城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形进行分析，得到在不同强度应力比情况下的城门洞形隧洞拱顶围岩变形和城门洞形隧洞边墙变形之比的第二关系图，对所述第二关系图进行拟合求解，得到城门洞型隧洞的边墙围岩变形预测公式；
所述强度应力分析模块中的岩体力学参数包括：变形模量、粘聚力和内摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，其特征在于：所述变形模量的取值范围为1.2至6GPa，所述粘聚力的取值范围为0.2至0.7MPa，所述内摩擦系数的取值范围为0.5~0.8。
3.根据权利要求1所述的一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，其特征在于：所述强度应力分析模块对第一关系图进行拟合求解时R方为0.83。
4.根据权利要求3所述的一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，其特征在于：所述强度应力分析模块对第一关系图进行拟合求解后的表达式为：
；
式中，表示城门洞形隧洞拱顶围岩变形，/>表示圆形隧洞围岩变形，/>表示岩体抗压强度，/>表示地应力，/>表示支护抗力。
5.根据权利要求1所述的一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，其特征在于：所述强度应力分析模块对第二关系图进行拟合求解时R方为0.84。
6.根据权利要求5所述的一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统，其特征在于：所述强度应力分析模块对第二关系图进行拟合求解，得到的城门洞型隧洞的边墙围岩变形预测公式为：
；
式中，表示城门洞形隧洞边墙变形，/>表示岩体抗压强度，/>表示地应力。
7.一种城门洞形隧洞围岩预留变形量确定终端，其特征在于：包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序及城门洞形隧洞围岩预留变形量确定系统；
所述处理器，用于执行所述计算机程序及城门洞形隧洞围岩预留变形量确定方法，以实现权利要求1至6任意一项所述系统中模块的功能。
8.一种存储有计算机指令的计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1至6任意一项所述系统中模块的功能。
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