[发明专利]计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法及系统

说明书

本发明涉及隧道爆破领域，提供一种计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法及系统，包括：通过弹性波动力学及Snell定理对P波入射关键块体传播路径进行推导计算，获得P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值；构建基于弹性地基梁理论的喷射混凝土支护力学模型，通过所述喷射混凝土支护力学模型计算获得喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max；通过所述P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值和所述喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max，计算获得关键块体的安全系数K。本发明能计算不同形状关键块体受爆破应力波作用下的动力效应，具有较高工程适用性及便捷性，方便隧道施工人员快速判断隧道的动力稳定性。

技术领域

本发明涉及隧道爆破领域，尤其涉及一种计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法及系统。

背景技术

爆破作为地下隧道工程建设的常用开挖手段，在高效破岩的同时，其产生的爆炸应力波对由结构面及人工开挖面切割而成的隧道关键块体产生不利影响，当应力波入射关键块体时，可能导致组成关键块体的节理或结构面的相对滑动，造成关键块体的崩落甚至隧道的局部坍塌，对工程建设人员及设备造成较大伤亡和损失

现有隧道施工过程中，多是基于拟静力法以及时程分析法来估计隧道的动力稳定性，拟静力法将爆破振动荷载转化为等效静力，将爆破动荷载与重力的合力引入稳定性分析中，将爆破荷载以惯性力的形式施加在关键块体上，其关键是爆破振动加速度大小的取值。时程分析法则是提取地震荷载时程曲线，将块体自重与任意时刻的地震荷载进行合成，再基于块体理论对关键块体的稳定性进行分析

拟静力法忽略了振动加速度、振动频率与块体振动位移、应力状态的内在联系，其适用于设计加速度小，动力相互作用较小的结构。时程分析法虽考虑了爆破荷载的时程变化特性，但未考虑爆破荷载的幅值衰减、频谱特性对结构的影响。

隧道不同爆心距处关键块体具有不同振动速度及主频，爆破荷载特性对关键块体的影响不能简单使用拟静力法或时程分析法来计算，因此，现有计算方法不能满足实践的需要。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于，解决现有技术中隧道不同爆心距处关键块体具有不同振动速度及主频，爆破荷载特性对关键块体的影响不能简单使用拟静力法或时程分析法来计算的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种计算爆破作用下隧道关键块体稳定性的方法，包括：

S1：通过弹性波动力学及Snell定理对P波入射关键块体传播路径进行推导计算，获得P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值；

S2：构建基于弹性地基梁理论的喷射混凝土支护力学模型，通过所述喷射混凝土支护力学模型计算获得喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max；

S3：通过所述P波入射关键块体造成块体节理的正应力值及剪切应力值和所述喷射混凝土与围岩间的接触应力最大值q_max，计算获得关键块体的安全系数K。

优选地，步骤S1具体为：

入射J1节理的入射波P₁表示为：

P₁(t-L₁/c_p)

其中，t为应力波在关键块体内传播的时间，L₁为应力波从出发点传播至J1节理所走的距离，C_p为纵波波速；

入射波P₁的应力波从J1节理传播至J2节理的距离表示为：