[发明专利]一种小净距隧道开挖损伤区的计算方法及系统

权利要求书

1.一种小净距隧道开挖损伤区的计算方法，其特征在于，包括：

S1、在隧道开挖区设置声波监测点以获取对应的声波监测数据；

S2、计算所述声波监测数据对应的岩体爆破损伤值；

S3、基于所述岩体爆破损伤值，创建爆破损伤与爆破次数的关系模型；

S4、创建基于Hoek-Brown准则的弹塑性损伤模型；

S5、基于所述弹塑性损伤模型计算得出不同爆破次数下的岩体耦合损伤值及位移值大小，并获取对隧道开挖区工程稳定性的评价结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩体爆破损伤值对应的计算公式：

式(1)中：v₀为爆破前岩体的声波波速；v为爆破后岩体的声波波速。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述爆破损伤与爆破次数的关系模型为：

式(2)中：D_b为爆破损伤值；N为爆破次数；N_t为测试次数，D_t为对应的损伤值；U、W均为拟合系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述所述弹塑性损伤模型对应的创建过程为：

基于Hoek-Brown准则的弹塑性损伤模型屈服准则表达式为：

式(3)中：p为静水压力；J₂为第二偏应力不变量；θ为罗德角；σ_ci为完整岩石单轴抗压强度；m_b和a均为经验参数；s用于反映岩体破碎程度，则m_b、s、a分别对应的表达式为：

式(4)-(6)中：GSI为地质强度指标，根据现场实际情况查表获得；m_i为岩石量纲一的经验参数，根据现场实际情况查表获得；D为扰动系数；同时使用耦合损伤变量D_c替代公式(4)-(5)中的D，其中，由于

D_c＝D_b+D_m-D_bD_m (7)

则弹塑性损伤模型D_m的表达式为：

式(8)中：损伤后岩石材料软化曲线的初始斜率α取值范围为[0,+∞]；岩石最大损伤值β取值范围为[0,1]，为等效塑性应变，其表达式为：

式(9)中：ε^p1、ε^p2、ε^p3分别为x轴、y轴、z轴三个方向上的主塑性应变；

同时通过将(8)代入(7)以根据计算的耦合损伤值更新应力值，从而获得受损材料的真实应力与有效应力关系式，所述关系式为：

其中，σ为有效应力张量。

5.一种小净距隧道开挖损伤区的计算系统，其特征在于，包括：

数据采集单元，其通过设置在隧道开挖区的声波监测点来获取对应的声波监测数据；

第一数据获取单元，其用于计算所述声波监测数据对应的岩体爆破损伤值；

关系模型创建单元，其用于基于所述岩体爆破损伤值，创建爆破损伤与爆破次数的关系模型；

弹塑性损伤计算单元，其用于创建基于Hoek-Brown准则的弹塑性损伤模型；

稳定性评价单元，其用于基于所述弹塑性损伤模型计算得出不同爆破次数下的岩体耦合损伤值及位移值大小，并获取对隧道开挖区工程稳定性的评价结果。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述所述岩体爆破损伤值对应的计算公式：

式(1)中：v₀为爆破前岩体的声波波速；v为爆破后岩体的声波波速。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述爆破损伤与爆破次数的关系模型为：

式(2)中：D_b为爆破损伤值；N为爆破次数；N_t为测试次数，D_t为对应的损伤值；U、W为拟合系数。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述弹塑性损伤模型对应的创建过程为：

基于Hoek-Brown准则的弹塑性损伤模型屈服准则表达式为：

式(3)中：p为静水压力；J₂为第二偏应力不变量；θ为罗德角；σ_ci为完整岩石单轴抗压强度；m_b和a均为针对不同岩体的量纲一的经验参数；s用于反映岩体破碎程度，

则m_b、s、a分别对应的表达式为：

式(4)-(6)中：GSI为地质强度指标，根据现场实际情况查表获得；m_i为岩石量纲一的经验参数，根据现场实际情况查表获得；D为扰动系数；同时使用耦合损伤变量D_c替代公式(4)-(5)中的D，其中，由于

D_c＝D_b+D_m-D_bD_m (7)

则弹塑性损伤模型D_m的表达式为：

式(8)中：损伤后岩石材料软化曲线的初始斜率α取值范围为[0,+∞]；岩石最大损伤值β取值范围为[0,1]，为等效塑性应变，其表达式为：

式(9)中：ε^p1、ε^p2、ε^p3为x轴、y轴、z轴三个方向上的主塑性应变。

同时通过将(8)代入(7)以根据计算的耦合损伤值更新应力值，从而获得受损材料的真实应力与有效应力关系式，所述关系式为：

其中，σ为有效应力张量。