本發(fā)明屬于隧道工程及巖土工程計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法。

背景技術(shù)：

1、正確預(yù)測隧道變形，構(gòu)建合理的軟巖隧道變形預(yù)測模型，對于分析隧道開挖變形規(guī)律，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保隧道穩(wěn)定性和施工安全性具有十分重要的現(xiàn)實工程意義和社會意義。

2、在以往大多數(shù)的研究中，常通過加載試驗來研究隧洞穩(wěn)定性，而忽略了實際施工本質(zhì)上是卸荷作用的過程。隧道開挖卸荷產(chǎn)生臨空面，由于應(yīng)力局部釋放使得巖體卸載而向隧道內(nèi)變形，引起應(yīng)力重分布，圍巖松動區(qū)內(nèi)應(yīng)力和強度均明顯下降，裂隙擴張增多，出現(xiàn)“卸荷擴容”現(xiàn)象。該現(xiàn)象對隧道的穩(wěn)定性至關(guān)重要，可能改變隧道的最終形態(tài)和尺寸，特別是在軟巖地區(qū)，這種現(xiàn)象會更加明顯。

3、數(shù)值計算是在預(yù)測隧道開挖后土體變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力上廣泛應(yīng)用的一種分析方法。進(jìn)行數(shù)值計算時，除了選擇合適的計算軟件和本構(gòu)模型，選取合適的材料物性參數(shù)對數(shù)值分析結(jié)果的準(zhǔn)確性也尤為重要。在當(dāng)前flac軟件的數(shù)值模擬中，為簡化計算，視巖體和結(jié)構(gòu)的物性參數(shù)為常數(shù)，取一個合適的平均值作為計算參數(shù)。而在實際施工中，由于應(yīng)力的釋放，巖體和結(jié)構(gòu)的物性參數(shù)值實際是變化的。通過采用適宜的更接近材料實際的模量參數(shù)可以更有效的模擬實際工況，保證隧道施工安全，節(jié)省工程造價。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法。

2、本發(fā)明的一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法，引入了“動態(tài)彈?！蹦M巖體單元和結(jié)構(gòu)單元，引入“動態(tài)本構(gòu)”模擬讓壓單元，具體包括以下步驟：

3、步驟1：引入“動態(tài)彈模”模擬圍巖的卸荷擴容現(xiàn)象，首先賦予全部巖體單元的彈性模量為e1，對計算中的巖體單元應(yīng)力值及單元狀態(tài)進(jìn)行實時判定，當(dāng)存在應(yīng)力小于臨界應(yīng)力σc的巖體單元且為非塑性單元時，調(diào)整該巖體單元的彈性模量為e2，反之保持不變。

4、步驟2：模擬開挖后進(jìn)行迭代計算再激活支護(hù)單元，賦予結(jié)構(gòu)單元彈性模量e3，并實時判定該結(jié)構(gòu)單元的應(yīng)力是否達(dá)到相應(yīng)的彈性極限σe；若達(dá)到彈性極限σe，則調(diào)整結(jié)構(gòu)單元的彈性模量為e4，反之保持不變；考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限承載特性，當(dāng)支護(hù)應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力閾值σmax時，賦予結(jié)構(gòu)單元一個小的彈性模量1mpa，表征該支護(hù)結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)。

5、步驟3：引入“動態(tài)本構(gòu)”模擬讓壓單元，以彈塑性本構(gòu)計算模式進(jìn)行計算并賦予彈性模量e5，并實時判定單元的應(yīng)變大小，當(dāng)讓壓單元的應(yīng)變大于臨界應(yīng)變εc時，改變該單元的計算模式為彈性本構(gòu)，并調(diào)整彈性模量為e6，反之則保持不變。

6、進(jìn)一步的，本發(fā)明采用flac數(shù)值軟件模擬隧道開挖及支護(hù)過程，考慮到圍巖的卸荷擴容和支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限特性，在計算中實時判定單元狀態(tài)，利用fish語言中的z_prop函數(shù)對巖體及結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行參數(shù)賦值。

7、進(jìn)一步的，讓壓單元采用的是高壓縮性材料。

8、本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：

9、本發(fā)明考慮了圍巖卸荷擴容和支護(hù)結(jié)構(gòu)極限特征的影響，引入了“動態(tài)彈?！蹦M巖體單元和結(jié)構(gòu)單元以及引入“動態(tài)本構(gòu)”模擬讓壓單元，并通過fish語言的z_prop函數(shù)對所有單元進(jìn)行參數(shù)的賦值，實現(xiàn)了較為準(zhǔn)確的隧道工程數(shù)值模擬計算。

技術(shù)特征：

1.一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法，其特征在于，引入了“動態(tài)彈模”模擬巖體單元和結(jié)構(gòu)單元，引入“動態(tài)本構(gòu)”模擬讓壓單元，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法，其特征在于，采用flac數(shù)值軟件模擬隧道開挖及支護(hù)過程，考慮到圍巖的卸荷擴容和支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限特性，在計算中實時判定單元狀態(tài)，利用fish語言中的z_prop函數(shù)對巖體及結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行參數(shù)賦值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法，其特征在于，所述讓壓單元采用的是高壓縮性材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種考慮圍巖卸荷和支護(hù)特征的軟巖隧道模擬參數(shù)賦值方法，具體為：采用FLAC數(shù)值軟件模擬隧道開挖及支護(hù)過程，考慮到圍巖的卸荷擴容和支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限特性，在計算中實時判定單元狀態(tài)，利用FISH語言中的z_prop函數(shù)對巖體及結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行參數(shù)賦值；引入“動態(tài)彈?！蹦M圍巖的卸荷擴容現(xiàn)象，在計算過程中進(jìn)行實時調(diào)整；引入“動態(tài)彈?！蹦M結(jié)構(gòu)單元的支護(hù)作用，同時在計算中考慮支護(hù)的極限承載特性；引入“動態(tài)本構(gòu)”模擬讓壓單元。本發(fā)明考慮了圍巖卸荷擴容和支護(hù)結(jié)構(gòu)極限特征的影響，實現(xiàn)了較為準(zhǔn)確的隧道工程數(shù)值模擬計算。

技術(shù)研發(fā)人員：馮冀蒙,宋佳黛,段隆焰,周玉麟,李藝飛,宋佳誠,姚仕鈺,張俊儒,孫志強,范磊,賀國龍,廖昕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19