[发明专利]一种用于薄层状软岩大变形预测方法

说明书

本发明属于隧道施工技术领域，公开了一种用于薄层状软岩大变形预测方法，包括：获取层状软岩的岩石和层面的力学参数；基于所述力学参数建立所述层状软岩的有限元模型，并开展单轴压缩数值试验确定其单轴强度；定义层状软岩的层面影响因子F_BP，其中基于所述强度特性数值试验有限元模型，控制层厚、层面倾角，开展参数敏感性分析，通过参数拟合得到层状软岩岩体强度和所述层面影响因子的定量关系基于隧道地质情况，确定隧道层状软岩的岩体强度σ_cm；基于开展层状软岩段隧道大变形预测。本发明提供的用于薄层状软岩大变形预测方法能够达到在层厚小于10cm的情况下，考虑层理厚度、产状和剪切特性的定量预测层状软岩大变形预测的技术效果。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种用于薄层状软岩大变形预测方法。

背景技术

薄层状软岩是隧道建设过程中经常遭遇的一种软岩类型，其具有层理极为发育，层厚一般小于10cm，岩石强度低的特点，开挖过程中极易发生大变形灾害。为减小隧道大变形危害，需要在施工前对隧道的大变形进行合理预测，为隧道断面形状、预留变形量及支护参数设计提供科学依据。薄层状软岩大变形不仅会受到层厚、层面产状等因素的影响，还与层面的剪切特性密切相关，目前针对层面对软岩大变形的影响研究主要数值仿真和模型试验方法为主；但是当层厚小于10cm时，由于层理数量过多，数值仿真和模型试验的定量分析难以实现。

发明内容

本发明提供一种用于薄层状软岩大变形预测方法，达到了在层厚小于10cm的情况下，考虑层理厚度、产状和剪切特性的定量预测层状软岩大变形预测的技术效果。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于薄层状软岩大变形预测方法，包括：

获取层状软岩的岩石和层面的力学参数；

定义层状软岩的层面影响因子F_BP，其中

基于所述力学参数建立层状软岩数值试验有限元模型；

基于所述数值试验有限元模型，控制层厚范围为1～20cm、层面倾角范围为0～90°，开展层状软岩单轴强度数值试验，获取层状软岩的岩体强度σ_cm随F_BP的变化数据，基于拟合得到层状软岩强度和所述层面影响因子的定量关系，并确定材料参数a；

基于公式计算隧道的层状软岩的岩体强度σ_cm；

根据隧道埋深确定自重应力p_v，根据隧道设计参数确定隧道开挖半径r基于进行层状软岩隧道大变形的预测；

其中，所述力学参数包括：通过室内试验获取的层状软岩的岩石和层面的力学参数包括：层状软岩的岩石弹性模量E、泊松比λ、粘聚力c和摩擦角φ以及层状软岩的层面的剪切刚度Kt、法向刚度Ks、摩擦系数μ和剪切强度τ；

J_n为节理密度，表征单位长度内的节理数量；

n为层面倾角影响系数，其值可按照表1取值；

表1：层面倾角影响系数n与层面倾角α的对应关系