[发明专利]基于岩体节理特征和爆破振动效应修正围岩压力的方法

说明书

本发明涉及一种基于岩体节理特征和爆破振动效应修正围岩压力的方法，主要解决现有围岩压力测试未考虑节理特征与爆破效应的影响的技术问题。本发明实现步骤如下：（1）基于现场地质素描获取隧道岩体节理产状；（2）利用统计分析获取优势节理产状特征；（3）基于现场爆破参数建立数值模型，获取爆破振动应力波；（4）基于优势节理特征建立离散元计算模型，施加爆破振动应力波，进行隧道开挖，确定围岩松动圈范围；（5）按照设计围岩压力确定松动圈范围，计算修正系数，修正围岩压力。本发明综合考虑岩体节理特征和爆破振动效应对隧道围岩的影响，对隧道支护结构设计提供支持。

技术领域

本发明涉及隧道围岩压力测试技术领域，特别是涉及一种基于岩体节理特征和爆破振动效应修正围岩压力的方法。

背景技术

围岩压力是隧道支护结构承受的主要荷载，也是隧道支护结构的设计的主要依据。目前隧道围岩压力的主要计算方法包括太沙基极限平衡法、土柱理论、普氏平衡拱理论、深浅埋法等。

专利CN106383945A公开了一种隧道及地下空间深、浅埋垂直围岩压力计算方法。根据围岩地质情况及所处围岩分级，确定物理参数，计算洞室垂直地压。

专利CN106682330A公开了一种深埋硐室围岩压力的计算方法。通过构建破坏机制，建立许可的位移场，获得最优上限解，即围岩压力上限值。

由于岩体内部广泛分布着节理裂隙，且隧道开挖过程中爆破振动使得节理裂隙出现一定的扩展，对围岩压力产生一定的影响，而上述计算方法均未考虑节理特征与爆破效应的影响。因此，综合考虑岩体节理特征和爆破振动效应对隧道围岩的影响，修正围岩压力，对隧道支护结构设计及施工安全具有重要的意义。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明提供一种基于岩体节理特征和爆破振动效应修正围岩压力的方法，包括以下步骤：

（1）基于现场地质素描获取隧道岩体节理产状；

（2）利用统计分析获取优势节理产状特征；

（3）基于现场爆破参数建立数值模型，获取爆破振动应力波；

（4）基于优势节理特征建立离散元计算模型，施加爆破振动应力波，进行隧道开挖，确定围岩松动圈范围；

（5）按照设计围岩压力确定松动圈范围，计算修正系数，修正围岩压力。

进一步，步骤（1）所述隧道岩体节理产状主要包括倾角、倾向、迹长、间距、填充物、填充厚度、张开位移、粗糙度等，且每个掌子面节理统计数量不应低于30组。

进一步，步骤（2）所述统计分析，按照以下步骤分析：

a. 根据倾向、倾角做极值等值线图；

b. 根据图中极点分布密度，按照倾向将节理产状分组；

c. 对每组节理产状各参数做频率直方图，利用概率分布模型拟合，确定各组优势节理产状特征。其中，概率分布模型主要包括均匀分布、负指数分布、正态分布、对数正态分布。

进一步，步骤（3）所述爆破数值模型应根据工程现场实际爆破参数建立，炸药爆炸后压力可按公式（1）计算，空气压力可按公式（2）计算。模型边界条件应设置为无反射边界条件，以减小反射波与入射波的相互叠加带来的误差。

（1）

式中，、、、、为状态方程系数，为初始内力，为初始体积。

（2）

式中，~为气体性质相关常数，，、分别为空气的初始密度、密度。

进一步，步骤（4）所述离散元计算模型建立方法，按照以下步骤：