[发明专利]一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法

权利要求书

1.一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)隧道围岩膨胀前后围岩性状的判断，将膨胀前后围岩性状分为弹性状态和塑性状态；

(2)根据不同围岩性状计算膨胀前后围岩应力应变相应参数；

(3)根据围岩膨胀后的性状，结合围岩应力确定膨胀变形半径，得出隧道位移，明确隧道围岩膨胀变形控制范围；

所述膨胀隧道围岩发生膨胀后，在距隧道壁一定距离内围岩膨胀既发生膨胀应变，又发生膨胀应力；在距隧道壁一定距离外，仅发生膨胀应力，无膨胀应变，该距离称为隧道围岩膨胀变形半径，所述膨胀变形半径位置处的围岩膨胀应力与地应力相等；

所述步骤(1)中隧道围岩膨胀前后围岩的性状包括：

1)所述围岩膨胀前后均是弹性状态；

2)围岩膨胀前为弹性状态、膨胀后为塑性状态；

3)围岩膨胀前后均是塑性状态。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法，其特征在于，隧道围岩膨胀前性状的判断包括：

(1)假定衬砌完成后隧道围岩处于弹性状态，并由此得出围岩的应力；

(2)根据莫尔库伦岩石屈服准则计算围岩进入塑性状态需要满足的围岩半径r的数值区间；

(3)比较隧道半径r₀与围岩半径r，当围岩半径最大值大于隧道半径时，隧道周边围岩处于塑性区，当围岩半径最大值小于隧道半径时，隧道周边围岩处于弹性区。

3.根据权利要求1所述的一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法，其特征在于，所述隧道围岩膨胀后性状的判断包括：

(1)计算隧道围岩的塑性区半径；

(2)将塑性区半径与隧道半径做比较，塑性区半径大于隧道半径，则隧道围岩膨胀后进入塑性状态。

4.根据权利要求1所述的一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法，其特征在于，所述围岩膨胀前后均是弹性状态时，围岩的膨胀半径R_d计算如下：

围岩应力为：

其中，σ₀-岩体的天然应力；-某一点处围岩总的径向应力；-某一点处围岩总的切向应力；

围岩应变为：

其中，ε_r、ε_θ-分别是地应力条件下隧道围岩的径向线应变、切向线应变；ε_ep-围岩总的膨胀应变；-围岩总的径向应变；

由应变即可得知围岩的膨胀位移。

5.根据权利要求1所述的一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法，其特征在于：所述围岩膨胀前属于弹性状态、膨胀后属于塑性状态时，采用莫尔库伦强度条件作为围岩进入塑性状态的条件，即满足公式：

当岩石最大侧限膨胀应力σ_pmax小于隧道支护结构对围岩提供的支撑力p_i时，围岩应力为：

其中，C——岩石黏聚力；-岩石内摩擦角；

塑性区半径为：

当岩石最大侧限膨胀应力σ_pmax大于等于隧道支护结构对围岩提供的支撑力p_i时，围岩应力的计算与上述条件下的计算一致，膨胀半径为：

塑性区半径计算如下：

隧道位移为：

6.根据权利要求1所述的一种膨胀隧道围岩应力应变的分析方法，其特征在于：所述围岩膨胀前后均属于塑性状态时，围岩应力计算如下：

隧道位移为：