[发明专利]一种盾构开挖面的遍布节理流固耦合的安全度分析方法

说明书

本发明提供一种盾构开挖面的遍布节理流固耦合的安全度分析方法，包括：建立开挖面的遍布节理应变软化模型，将开挖面的岩体划分成多个单元，单元由岩块和节理组成；对岩块和节理进行弹性阶段和屈服阶段的判断；对弹性阶段/屈服阶段的岩块和节理进行安全度计算；选取弹性阶段/屈服阶段中安全度最小的岩块/节理；对安全度最小的岩块/节理进行渗透系数计算；将安全系数带入流固耦合数值计算中进行迭代计算，以监测渗透系数的动态变化；本发明通过计算岩体每个单元的安全度，确定岩体的渗透系数来实现岩体流固耦合的盾构开挖面局部稳定性监测，清晰的反映遍布节理特征的岩体的渗透系数动态变化，提高了遍布节理条件下的盾构开挖面分析的准确性。

技术领域

本发明涉及流固耦合计算领域，尤其涉及一种盾构开挖面的遍布节理流 固耦合的安全度分析方法。

背景技术

盾构隧道开挖面稳定问题是盾构施工的关键问题，是选取合理的盾构施 工参数的前提；尤其是在地下水丰富和围岩节理分布显著的情况下，盾构隧 道开挖面稳定性分析尚缺乏合理的量化的计算方法；传统上一般采用强度折 减法、塑性区分析法和位移分析法，这些方法不能反映出遍布节理和流固耦 合条件下的盾构开挖面特点，也难以反映稳定性随着空间的变化，故带来较 大的误差。

多数情况下盾构隧道的围岩富含节理，并且处于地下水之中；盾构开挖 面受到节理和地下水的双重作用，存在着复杂的流固耦合作用；传统分析方 法存在以下的局限性：1)采用开挖面整体稳定性分析方法，无法得到安全程 度在开挖面的空间分布；2)掌子面流固耦合安全分析没有考虑节理作用以及 渗透系数的变化。上述问题影响了该特殊条件下对盾构开挖面稳定性的正确 分析和盾构施工参数正确选取。

发明内容

本发明提供一种盾构开挖面的遍布节理流固耦合的安全度分析方法，以 克服上述技术问题。

本发明提供一种盾构开挖面的遍布节理流固耦合的安全度分析方法，包 括以下步骤：

建立开挖面的遍布节理应变软化模型，将开挖面的岩体划分成多个单元， 所述单元由岩块和节理组成；

判断每个单元中所述岩块和节理各自对应的阶段属性，所述阶段属性包 括弹性阶段和屈服阶段；

对每个单元中弹性阶段/屈服阶段的所述岩块和弹性阶段/屈服阶段的节 理进行安全度计算；

选取每个单元中安全度最小的岩块/节理；

对每个单元中安全度最小的岩块/节理进行渗透系数计算；

将所述渗透系数带入流固耦合计算公式中进行迭代计算，以监测所述渗 透系数的动态变化，以确定开挖支护方式。

进一步地，所述判断每个单元中所述岩块和节理各自对应的阶段属性， 所述阶段属性包括弹性阶段和屈服阶段分别通过下述公式实现：

所述岩块的屈服准则如下：

f^t＝σ₃-σ^t (2)

其中，f^s为岩块的剪切的屈服准则，f^t为岩块的拉伸应变屈服 准则，c为岩块黏聚力；φ为岩块内摩擦角；σ₃为岩块最小主应力； σ₁为岩块最大主应力；σ^t为岩块抗拉强度；

所述节理的屈服准则如下：

f_j^s＝τ+σ'₂₂tanφ_j-c_j (3)