技术领域
[0001] 本发明涉及隧道工程领域，更具体涉及一种隧道围岩支护方法。
相关背景技术
[0002] 伴随国家大规模工程建设推进，隧道工程迅速增加，隧道工程安全保障的重要性日显突出。隧道围岩压力分布的准确计算是支撑隧道科学支护和长期安全的重要保障，现有隧道围岩压力断面分布计算方法大多假设围岩是均匀、连续、各向同性介质。但实际上隧道围岩通常包含大量不连续面，使得围岩力学性质具有很强的各向异性，根据各向同性介质计算出的围岩压力常常与实际情况不符，由此导致围岩支护措施失效，危及工程安全运营。
具体实施方式
[0067] 以下实施例中的相同符号表示相同的参数数据。
[0068] 一种隧道围岩支护方法，包括如下步骤：根据勘探数据计算各向异性围岩的弹性变形：围岩的弹性变形计算公式由统计岩体力学理论和岩体的本构模型得出
[0069]
[0070] 式中εij为应变张量；εoij为岩块的应变张量；εcij为结构面的应变张量；ν为岩块泊松比；E为岩块弹性模量；m为结构面组数；λ(1/m)、 为某组结构面的法线密度和结构面半径；k为结构面法向应力状态因子；n(i、j、s、t)为结构面方向余弦；h为结构面剩余剪应力比；δit为克罗内克尔符号(i＝t时，δit＝1；i≠t时，δit＝0)；δst为应力张量；
[0071] εoij在公式(1)中，弹性理论的平面应变问题可以写成：
[0072]
[0073]
[0074]
[0075] 式中ε0r为完整岩块的应变， τ为应力公式代号，σθ为切向应力值，σh为水平应力，σv为竖向应力；
[0076] 如果岩体中含有m组结构面，且第p组结构面的法线n位于r-θ坐标平面上，法线平面与水平轴之间的夹角是δ，θ为围岩中的一点的矢量与水平轴之间的夹角，则有方向余弦：
[0077] n1＝sin(θ-δ),n2＝cos(θ-δ),
[0078] 由单元中的结构面网络引起的应变可从(1)公式中推导出来，
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085] 式中εcr为由结构面引起的径向应变，B0、C0、D0为公式简写代号，R是隧道半径，r为围岩中的一点的矢径，τrθ为由结构面引起的切向剪应力，β为公式代号；h为剩余剪应力比。
[0086] 岩体的径向弹性应变可由公式(1)求得：
[0087]
[0088] 又因为 考虑在r→∞时的位移趋近于0，可以得到弹性径向位移：
[0089]
[0090] 围岩的塑性变形的计算过程：岩体塑性变形是完整岩体塑性变形和结构面网络塑性变形的综合结果，由于岩块和结构面处于相同的应力环境中，岩体强度方程为：
[0091]
[0092]
[0093] 其中σc为单轴抗压强度，φ0为岩块的内摩擦角，T0、R0为数据代号，σ0θ为岩体强度；
[0094] 通过对公式(2)的替换，得到了完整岩块的径向应变ε0r：
[0095]
[0096] 对于裂隙岩体，每一组结构面的周向应力均受强度准则的约束，
[0097] σθ＝Tiσr+Ri
[0098]
[0099] 其中am为最大半径，cj为结构面粘聚力，KIC为由Ⅰ型裂纹实验获得的断裂韧度因子，Ti和Ri为数据代号，其中小标i为组数；
[0100] 也可以得到结构面网络的塑性应变，
[0101]
[0102]
[0103] C＝C0
[0104] D＝D0
[0105]
[0106] 其中B、C、D、F为公式代号；
[0107] 结合(3)式和(4)式可以得到该单元的总塑性应变：
[0108]
[0109] 对公式(5)进行积分，可以得到在硐壁上，径向位移为：
[0110]
[0111]
[0112]
[0113]
[0114]
[0115] κ、a、b、c为公式代号。
[0116] 计算隧道塑性围岩压力的方法：岩石压力是指由于围岩径向位移的限制而对支护系统造成的压力，实际上，公式(5)中的σr系数给出了岩体对径向压缩变形的力学特性，以内水压力p作为支撑应力，由p引起的径向应变如下：
[0117]
[0118] 其中εr为内水压力p引起的径向应变，p为内水压力；
[0119] 在壁面上，即r＝R，岩石的径向位移ur是：
[0120]
[0121] 假定支护力为p，并将圆形隧道的壁面位移限制为Δu＝ur(p)-ur，其中ur(p)为公式(6)中的支护的塑性径向位移，即
[0122]
[0123] 因此可以得出
[0124]
[0125] 上述方法可以客观表现各向异性围岩引起的硐壁围岩压力，根据上述围岩压力分布可以在隧道围岩压力较大处针对性增强围岩支护，使得工程更加安全、科学和经济。
[0126] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
