[发明专利]一种考虑渗流蠕变的隧道局部安全性分析方法

权利要求书

1.一种考虑渗流蠕变的隧道局部安全性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对岩体进行单元划分；

S2：建立数学模型，设置计算所需边界条件，根据实际地质情况赋予模型参数与渗流参数，初始化开挖步与计算时步；

S3：对当前开挖步的当前计算时步进行蠕变-H-M耦合计算；

S4：计算当前时步的扩展屈服接近度指标GYAI；

S5：基于每个单元扩展屈服接近度指标GYAI计算每个单元的渗透系数k，并赋值给每个单元；

S6：判断开挖步是否达到终止条件，若是，则结束计算，输出包括不同开挖步的隧道围岩各单元的扩展屈服接近度指标GYAI、渗透系数及评价信息的结果文件；

判断计算时步是否达到终止要求，若否，则返回S3进行下一个计算时步的计算工作，若是，则返回S3进行下一个开挖步的初始计算时步的计算工作；其中，所述S2中所需边界条件包括力学边界条件与渗流边界条件，所述力学边界条件包括底部三向约束、四周法向单向约束及顶面自由边界，所述渗流边界条件包括底部固定孔隙水压力透水边界、四周为透水边界、作用梯度水压力及自由水面处压力为零；

所述S3的具体计算过程为：首先进行力学计算，进行应力平衡，然后关闭力学计算，打开渗流开关，进行渗流计算；

力学计算的计算公式如式(2)所示，

式中：σ_ij为总应力张量，σ′_ij为有效应力张量，P为流体渗透压力，α为比奥系数，δ_ij为Kronecker系数，D_ijkl为弹塑性矩阵，ε_kl为全应变张量增量，为黏弹塑性流变应变张量增量；

渗流计算的计算公式如式(3)所示，

式中，h是水头函数；x、z是空间坐标；t是时间坐标；k_x、k_z是以x、z轴为主轴方向的渗透系数；S_s是单位贮水量；

所述步骤S4中的所述单元扩展屈服接近度指标GYAI的计算公式如式(4)、式(5)、式(6)或式(7)，

当塑性剪切应变ε^ps和塑性拉伸应变ε^pt均等于0，GYAI的计算公式如式(4)，

式(4)中，I₁为应力张量第一不变量，J₂为偏应力张量第二不

变量，θ_σ为应力罗德角，σ_t为抗拉强度，为内摩擦角；

当塑性剪切应变ε^ps0，且塑性拉伸应变ε^pt0时，GYAI的计算公式如式(5)，

式(5)中，ε^ps为塑性剪切应变；

当塑性剪切应变ε^ps0，且塑性拉伸应变ε^pt0时，GYAI的计算公式如式(6)，

式(6)中，ε^pt为塑性拉伸应变；

当塑性剪切应变ε^ps0，且塑性拉伸应变ε^pt0时，GYAI的计算公式如式(7)，

式(7)中，ε^ps为塑性剪切应变，ε^pt为塑性拉伸应变。

2.根据权利要求1所述的一种考虑渗流蠕变的隧道局部安全性分析方法，其特征在于，所述步骤S3中蠕变-H-M耦合计算采用的蠕变本构模型为西原模型的改进模型，所述改进模型在西原模型的基础上将黏塑性体上线性黏壶元件替换为非线性黏壶元件η2(t)，并串联一个基于Mohr-Coulomb准则的应变软化塑性元件，将一维推广至三维的蠕变方程如式(1)，

当S_ij≤S_s时，进入蠕变第1阶段，即衰减蠕变；当S_ijS_s，t≤t_c时，应力水平超过长期强度，黏塑性体发挥作用，变形进入稳定蠕变阶段；当S_ijS_s，tt_c时，应力水平超过长期强度，进入加速蠕变阶段，材料变形迅速增大，发生破坏。