[发明专利]一种适于二维数值计算的地下洞室开挖方法

说明书

本发明提供一种适于二维数值计算的地下洞室开挖方法，包含如下步骤：步骤一：根据工程前期地质勘测资料，获得岩体原始材料参数，并建立数值计算模型；步骤二：所述的步骤一中，数值计算模型为依据与洞室轴线方向垂直的计算模型，计算得到地下洞室开挖扰动导致的卸荷影响范围的分布，确定塑性区及变形区；步骤三：计算开挖岩体塑性区的强度参数折减系数λ₁及变形区的变形参数折减系数λ₂；本发明可解决平面应变问题下，沿洞室轴线方向剖面的地下洞室开挖时，能够稳定、安全且准确的对洞室进行开挖。

技术领域

本发明涉及地下洞室开挖稳定性评价技术领域，具体涉及一种适于二维数值计算的地下洞室开挖方法。

背景技术

地下洞室在开挖前，需要提前对洞室周围各参数进行测量计算，然后再进行精确的开挖工作。在地下洞室问题计算分析中，由于三维计算费时费力，且二维数值计算能准确反应重点关注剖面的变形特征，因此二位数值计算仍是主要采取的计算手段，二维计算通常采用平面应变假定将空间问题简化为平面问题。但在沿洞室轴线方向的剖面计算时，由于地下洞室的开挖，采用的平面应变假定会使模型无法施加边界条件，从而导致无法计算，从而无法对洞室进行准确开挖。

发明内容

为了克服现有不能准确确定开挖参数，使得洞室不能准确稳定开挖的问题。本发明提供一种适于二维数值计算的地下洞室开挖方法，本发明在沿洞室轴线方向剖面的洞室开挖计算中，既考虑了洞室开挖导致围岩扰动卸荷作用，又解决了平面应变条件下，因开挖导致沿洞轴线方向无法施加约束条件的问题，进而可以更为合理的得到因洞室开挖导致的岩体参数取值，能够稳定、安全且准确的对洞室进行开挖。

本发明采用的技术方案为：

一种适于二维数值计算的地下洞室开挖方法，包含如下步骤：

步骤一：根据工程前期地质勘测资料，获得岩体原始材料参数，并建立数值计算模型，确定塑性区及变形区；

步骤二：计算开挖岩体塑性区的强度参数的强度折减系数λ₁及变形区的变形参数的变形折减系数λ₂；

λ ₁=1- S₁ / ( S ₁ + S ₂ )

其中：λ₁为强度折减系数；

S₁为洞室面积；

S₂为塑性区面积；

λ ₂=1- S₁ / ( S ₁ + S₃ )

其中：λ₂为变形折减系数；

S₁为洞室面积；

S₃为变形区面积；

步骤三：依据原始的洞室岩体的变形系数及强度系数，对洞室范围内岩体的计算参数进行折减；然后进行沿洞室轴线方向剖面的洞室开挖计算；

步骤四：根据步骤三得到的洞室开挖计算的数值，进行沿洞室轴线方向剖面的洞室开挖。

所述的步骤一中，数值计算模型为依据与洞室轴线方向垂直的计算模型，计算得到地下洞室开挖扰动导致的卸荷影响范围的分布，确定塑性区及变形区。

所述的步骤一中，确定塑性区及变形区，岩体应力场调整重分布，受到扰动的岩体区域即为变形区；岩体应力超过其弹性极限，进入塑性屈服阶段的岩体范围为塑性区。