[发明专利]简支梁结构的水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法

权利要求书

1.简支梁结构的水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

【1】简支梁模型建立：

将水平层状围岩隧道顶板岩体简化为简支梁模型；

【2】简支梁结构层间粘聚力计算：

【2.1】取水平层状围岩开挖区域支撑顶板以上的两层岩体样品，分别测量得到上层岩体的弹性模量为E₁和下层岩体的弹性模量为E₂，在E₂E₁的情况下，按照步骤【2.2】和步骤【2.3】计算层间粘聚力g_{_简支}；

【2.2】将上层岩体和下层岩体分别等效为简支梁结构支撑的上层梁和下层梁，并按照现场施工的实际参数分别计算上层梁的荷载q_上、下层梁的荷载q_下、上层梁的挠度ω_上和下层梁的挠度ω_下，其中

q_上＝q₁+γ₁h₁+g_{_简支}；

q_下＝q₁+γ₁h₁+γ₂h₂-g_{_简支}；

q₁为围岩竖向作用力，上层岩层厚度为h₁，容重为γ₁，下层岩层厚度为h₂，容重为γ2，g_{_简支}为简支梁结构的层间粘聚力；

【2.3】在协同变形条件下，上层梁的挠度ω_上和下层梁的挠度ω_下相同，计算得到得出粘聚力

其中b₁为上层梁的纵向长度，b₂为下层梁的纵向长度；

【3】简支梁结构临界开挖跨度计算：

根据简支梁结构的下层梁临界荷载公式计算得到临界开挖跨度

其中[σ_t]为下层梁体的极限抗拉强度，q₃为水平围岩压力。

2.根据权利要求1所述的简支梁结构的水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法，其特征在于，步骤【2】中

q₁＝γH

H＝0.45×2^s-1ω

其中H为隧道荷载的等效高度，γ为围岩的重度(kN/m³)，s为围岩级别，ω为宽度影响系数，ω＝1+i(B-5)；i为B每增加1m时的围岩压力增加率，B为隧道宽度，B＜5m时，取i＝0.2；B＞5m时，取i＝0.1。

3.根据权利要求1所述的简支梁结构的水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法，其特征在于，步骤【3】中

q₃＝λq₁

式中λ为侧压力系数；为围岩计算摩擦角(°)。

4.根据权利要求1所述的简支梁结构的水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法，其特征在于，步骤【2】中

其中，上层梁惯性矩为I₁，下层梁惯性矩为I₂，a为顶板岩体开挖跨度，x为顶板梁截面所建立的局部坐标系中的x轴坐标值。