[发明专利]高应力地下洞室流变性软岩稳定性分析的解析计算方法

权利要求书

1.一种高应力地下洞室流变性软岩稳定性分析的解析计算方法，其特征在于：所述高应力地下洞室流变性软岩稳定性分析的解析计算方法包括以下步骤：

1)通过现场勘探、测试与分析，获得施工现场软岩的初始地应力、支护压力、隧道半径、软岩流变参量、软岩强度参量、剪胀系数以及体积模量；

2)根据步骤1)中获得的软岩强度参量以及初始地应力计算弹性与塑性区域交界处径向应力；

3)根据步骤1)中获取得到的隧道半径、软岩强度参量、支护压力以及步骤2)中计算得到的弹性与塑性区域交界处径向应力确定围岩塑性区域半径；

4)根据步骤1)中获取得到的初始地应力、支护压力、隧道半径、软岩流变参量、软岩强度参量、剪胀系数、体积模量、步骤2)计算得到的弹性与塑性区域交界处径向应力以及步骤3)确定的围岩塑性区域半径计算得到洞壁处围岩位移；其具体实现方式是：

计算变量A、B、C的具体表达式是：

其中：

u₀是洞壁处围岩位移；

R₀是隧道半径，单位m；

K_ψ为软岩的剪胀系数，单位是无量纲

ψ是软岩的剪胀角，单位是°；

R_p是围岩塑性区域半径；

Y与α分别是两种软岩强度参量，单位是无量纲；

p_i是洞壁处软岩受到的支护压力，单位是MPa；

G(t)是软岩流变参量，单位是MPa；

t是时间，单位是天；

K是软岩体积模量，单位MPa；

σ₀是软岩所处位置的初始地应力，单位是MPa；

σ_r,cri为弹性与塑性区域交界处径向应力；

5)针对不同支护压力和软岩流变过程中的不同时刻，根据步骤3)以及步骤4)分别计算围岩塑性区域范围与洞壁处软岩位移，明确高应力洞室流变性软岩稳定性，进行相应工程支护设计。

2.根据权利要求1所述的高应力地下洞室流变性软岩稳定性分析的解析计算方法，其特征在于：所述软岩强度参量的具体获取方式是：

其中：

Y与α分别是两种软岩强度参量，单位是无量纲；

c是软岩粘聚力，单位是MPa；

是软岩摩擦角，单位是°；

所述软岩流变参量的具体获取方式是：

其中：

G_k是软岩Kelvin体剪切模量，单位是MPa；

η_K是软岩Kelvin体黏滞系数，单位是MPa/d；

G_M是软岩Maxwell体剪切模量，单位是MPa；

η_M是软岩Maxwell体黏滞系数，单位是MPa/d；

G(t)是软岩流变参量，单位是MPa；

t是时间，单位是天。

3.根据权利要求2所述的高应力地下洞室流变性软岩稳定性分析的解析计算方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：

其中：

σ_r,cri为弹性与塑性区域交界处径向应力；

σ₀是软岩所处位置的初始地应力，单位是MPa；

Y与α分别是两种软岩强度参量。

4.根据权利要求3所述的高应力地下洞室流变性软岩稳定性分析的解析计算方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：

其中：

R_p是围岩塑性区域半径，R₀是隧道半径，单位是m；

Y与α分别是两种软岩强度参量，单位是无量纲；

p_i是洞壁处软岩受到的支护压力，单位是MPa；

σ_r,cri为弹性与塑性区域交界处径向应力。