[发明专利]围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法

权利要求书

1.一种围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)建立隧道围岩空间不均匀性分布环向统计分析法，针对相同围岩级别、埋深近似的某一段隧道，构建考虑围岩空间分布不均匀性的位移计算可靠度典型断面，并获取该断面上每一点围岩的物理力学参数沿隧道轴向的概率统计函数，采用截断式正态分布拟合，

以设计单元段的第k截面，沿径向用环形划分空间，分为N环层，每一环上取M个测定，获取每个断面每一环层中每个点的围岩物理力学参数，获取这些点的围岩物理力学参数，

抽象出一个每一环层围岩物理力学参数都满足其对应环层空间随机分布函数f_j，j∈(1，N)的断面作为该设计单元段的设计断面，即定义为位移计算可靠度典型断面；

(2)基于空间不均匀性分布环向统计分析法，针对构建的考虑围岩空间分布不均匀性的位移计算可靠度典型断面，建立深埋圆形隧道位移理论积分计算方法；

(3)对围岩沿径向进行环向分层，根据每一层围岩的应力应变状态或根据应力状态和采用的本构模型确定其应变值，采用分层总和法思想近似求解理论积分法的近似值，获得不同可靠度下的围岩位移值，实现深埋环形封闭型压力拱圆形隧道预留变形量的可靠度设计。

2.根据权利要求1所述的围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，其特征在于：所述步骤(1)中概率统计函数分别为：

式中，E_j、σ_j、υ_j、c_j、是基于随机理论的设计单元段抽象典型断面围岩j环层的平均弹性模量、平均应力、平均泊松比、平均粘聚力、平均内摩擦角；为第k截面第j环层弹性模量设计值，为第k截面第j环层应力设计值，为第k截面第j环层泊松比设计值，为第k截面第j环层粘聚力设计值，为第k截面第j环层内摩擦角设计值；g_j、p_j、h_j、k_j、t_j是该典型断面上j环层围岩的物理力学参数沿隧道轴向的概率统计函数；其中的μ、σ分别表示物理力学参数在任一断面任一环层上任一点统计的平均值和标准差。

3.根据权利要求1所述的围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，其特征在于：所述步骤(2)中深埋圆形隧道洞壁任一点位移理论积分公式如下：

式中，ω_0，i、ω_N，i分别是基于空间不均匀性分布环向统计分析法构建的典型断面上沿任意i路径上围岩隧道弹塑性边界处、洞壁处对应的位移；ε_j，i为径向i路径上对应的j环层上点的应变；x_0，i、x_N，i、x_j，i分别为沿径向路径上第一环层外边界、第N环层内边界、第j环层内边界上对应点距隧道圆心的径向距离。

4.根据 权利要求1所述的围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，其特征在于：所述步骤(3)中分层总和法的计算公式如下：

式中，ω₀、ω_N分别是基于空间不均匀性分布环向统计分析法构建的典型断面隧道弹塑性边界、洞壁处对应的位移、ε_j沿径向j环层的应变；R_j-R_j-1为第j环层的厚度，其中R_j为第j环层内边界距隧道圆心的径向距离，R_j-1为j-1第环层内边界距隧道圆心的径向距离。

5.根据 权利要求4所述的围岩空间不均匀分布的封闭型压力拱圆形隧道位移计算法，其特征在于：当N趋于无穷大时，则公式可以写成积分形式如下：

式中，R₀、R_N、R_j分别为第一环层外边界、第N环层内边界、第j环层内边界距隧道圆心的径向距离。