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申请/专利权人：北京交通大学

摘要：本发明提供一种模拟隧道施工掌子面前方岩体力学响应的真三轴试验方法，属于隧道施工技术领域，解决了现有方法难以实现隧道工程围岩原位力学响应分析的问题；包括：还原隧道现场开挖状态，设置掌子面初始位置，将掌子面前方预设距离处的岩体作为试验对象，模拟隧道的开挖；通过数值模拟方式，持续监测并记录试验对象在三轴方向上的应力变化，直至掌子面到达试验对象为止；依据应力变化曲线，确定出对岩样进行真三轴试验的加卸载路径，随后获取真实岩样，进行真三轴试验，记录应力应变关系，得到隧道施工掌子面前方岩体的力学响应特征；本发明实现了隧道掌子面前方岩体在岩样规模尺度上的原位应力重现，为后续的隧道施工过程提供数据支撑。

主权项：1.一种模拟隧道施工掌子面前方岩体力学响应的真三轴试验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、通过隧道原尺寸模型，还原出隧道现场开挖状态，设置隧道掌子面初始位置；S2、将掌子面前方预设距离处的岩体作为试验对象，进行隧道的模拟开挖，使掌子面持续向前方推进；S3、在隧道的模拟开挖过程中，通过数值模拟方式，持续监测试验对象在X、Y、Z方向上模拟出的应力变化，并对应记录为各方向上的应力变化曲线；监测记录过程直至掌子面到达试验对象位置时停止；S4、依据记录的应力变化曲线，确定出对岩样进行真三轴试验的加卸载路径，完成路径模拟过程；S5、在拟建隧道的实际施工过程中，获取对应于路径模拟过程中试验对象位置的真实岩样，使用确定出的加卸载路径，进行真三轴试验；S6、记录真三轴试验过程中真实岩样的应力应变关系，得到隧道施工掌子面前方岩体的力学响应特征，为后续的隧道施工过程提供数据支撑；步骤S1中，依据隧道工程资料，构建出包含岩体的隧道原尺寸模型；所述隧道工程资料，包括隧道的地勘、设计和施工资料，且记载有隧道的地层参数、轮廓尺寸和支护形式；采用有限元分析软件构建隧道原尺寸模型，在构建模型的同时赋予地层单元对应的物理力学参数；选择弹塑性材料类别模拟隧道原尺寸模型中的地层单元，并在每次地应力平衡计算后令模型中地层单元位移清零；在隧道原尺寸模型基础上设置隧道掌子面初始位置后，重构模型并计算地应力平衡，随后清零地层单元的位移，从而作为试验对象的数值模拟基础模型；步骤S4中，依据应力变化曲线上记录的监测值，选取X、Y、Z方向上从掌子面初始位置至试验对象位置中，应力出现变化的范围进行分析，从而确定真三轴试验的加卸载路径；步骤S5中，通过真三轴试验机对真实岩样进行加卸载试验，试验中的加卸载操作采用分级载荷控制方式。

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