[发明专利]一种计算大纵坡矩形隧道掘进面支护压力的方法

权利要求书

1.一种计算大纵坡矩形隧道掘进面支护压力的方法，其特征在于，包括：

建立大纵坡矩形隧道模型，所述大纵坡矩形隧道模型包括下部模型和上部模型，所述下部模型为楔形体和所述楔形体正前方的土仓土体，对应隧道工作面前方土体区域，上部模型对应为下部模型土体区域的上覆土体；

获取所述楔形体体积及与地面夹角，计算得所述楔形体自重G₁；

获取所述上部模型体积与周向面积，基于土拱效应计算得所述上部模型的竖向应力σ_v；

利用所述竖向应力σ_v与楔形体上表面积计算得所述楔形体所受竖向力P_v；

利用所述楔形体自重G₁、所述竖向力P_v、楔形体滑动面摩擦力T₁和楔形体侧面摩擦力T₂，建立楔形体极限平衡方程，得到土仓土体对掌子面作用力P_t1；

所述利用所述楔形体自重G₁、所述竖向力P_v、楔形体滑动面摩擦力T₁和楔形体侧面摩擦力T₂，建立楔形体极限平衡方程，得到土仓土体对掌子面作用力P_t1，所述作用力P_t1计算公式为：

其中，θ为破坏倾角，α为坡度角，c′为土体粘聚力，为土体内摩擦角，L为顶管宽度，D为顶管高度；

基于土仓土体自重，利用所述土仓土体对掌子面作用力P_t1建立土仓土体极限平衡方程，得到支护压力P_t2；

所述基于土仓土体自重，利用所述土仓土体对掌子面作用力P_t1建立土仓土体极限平衡方程，得到支护压力P_t2，所述支护压力P_t2计算公式为：

其中，d为土仓土体厚度，γ为土体重度。

2.如权利要求1所述一种计算大纵坡矩形隧道掘进面支护压力的方法，其特征在于，所述获取所述楔形体体积及与地面夹角，计算得所述楔形体自重G₁，所述楔形体自重计算公式为：

其中，γ为土体重度，L为顶管宽度，D为顶管高度，α为坡度角，θ为破坏倾角，S_ΔAFG为所述楔形体侧面积。

3.如权利要求2所述一种计算大纵坡矩形隧道掘进面支护压力的方法，其特征在于，所述获取所述上部模型体积与周向面积，基于土拱效应计算得所述上部模型的竖向应力σ_v，所述上部模型的竖向应力σ_v计算公式为：

σ_v＝k(γR-c′)

其中，γ为土体重度，c′为土体粘聚力，为土体内摩擦角，K₀为土体侧压力系数，R为土柱体积与其周向面积的比值

4.如权利要求3所述一种计算大纵坡矩形隧道掘进面支护压力的方法，其特征在于，所述利用所述竖向应力σ_v与所述楔形体上表面积计算得楔形体所受竖向力P_v，所述楔形体所受竖向力P_v计算公式为：

P_v＝σ_vS_ΔEFGH＝σ_vDL(sinα+cosαcotθ)

其中，S_ΔEFGH为所述上部模型的底面积。

5.如权利要求4所述一种计算大纵坡矩形隧道掘进面支护压力的方法，其特征在于，所述楔形体滑动面摩擦力T₁和所述楔形体侧面摩擦力T₂计算公式为：

楔形体倾斜滑动面应力均匀分布，土体满足M-C破坏准则，

其中，N₁为滑移面所受法向压力；

楔形体侧向滑动面的竖向应力随深度呈线性增加，

其中，为土体侧压力系数，楔形体侧向滑动面竖向应力