[发明专利]一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法

权利要求书

1.一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

(ⅰ)建立平面坐标系

(ⅱ)确定自有段锚固段分界线及塑性区半径

(ⅲ)确定锚杆的轨迹方程

(ⅳ)确定有效的锚固段

(ⅴ)计算塑性区锚固力

(ⅵ)计算弹性区锚固力

(ⅶ)得到锚杆的有效锚固力；

步骤(ⅱ)中确定自有段锚固段分界线及塑性区半径，按照以下公式计算：

在莫尔库伦强度准则下：

其中：

R₀为自由段锚固段分界线半径；

R为塑性区半径；

r₀为开挖半径；

p₀为初始地应力；

p_i混凝土为支护阻力；

a混凝土为支护半径；

t混凝土为支护厚度；

R_cs为混凝土极限抗压强度；

为土体内摩擦角；

c为土体内粘聚力；

步骤(ⅲ)中确定锚杆的轨迹方程，按照以下公式进行计算：

塑性区和自由段锚固段分界线半径的轨迹方程分别为：

x²+y²＝R

x²+y²＝R₀

其中，x为围岩上一点的横坐标

y为围岩上一点的纵坐标；

步骤(ⅳ)中确定有效的锚固段，锚杆整体长度l，P点与M点之间的杆体即为锚杆的有效锚固段，P点与N点之间的杆体位于塑性区域，N点与M点之间的杆体位于弹性区域；

步骤(ⅴ)计算塑性区锚固力和步骤(ⅵ)计算弹性区锚固力，具体过程如下：

首先，对锚杆周围单元土体所受应力进行分析，得到塑性区切向应力、塑性区径向应力、弹性区的切向应力，具体如下：

塑性区切向应力：

塑性区径向应力：

弹性区的切向应力：

其中：

σ_R为弹塑性分界处的径向应力

r为单元土体到隧道圆心的距离

然后，将上述切向应力分别作用到杆体的正应力带入到库伦公式中；

则，塑性区域：

弹性区域：

其中：θ₁为杆体入射角度；

x为杆体周围土体单元横坐标；

y为杆体周围土体单元纵坐标。

2.根据权利要求1所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法，其特征在于：步骤(ⅰ)中平面坐标系以隧道开挖断面圆心为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立。

3.根据权利要求1所述的一种考虑应力分布隧道初期支护的锚固力计算方法，其特征在于：进行进一步计算，由

p₀＝γ·h

＝γ·(h₀-y)

＝γ·(h₀-tanθ₁x)

得到

其中：h为单元土体所埋深度；

h₀为隧道中心距地表竖直距离。