买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：芜湖市轨道(隧道)交通工程质量安全监督站;合肥工业大学

摘要：本发明公开了江水渗流对穿江隧道开挖影响的分析方法，建立隧道开挖力学分析模型和开挖隧道江水渗流分析模型；基于隧道开挖力学分析模型，进行隧道开挖过程的力学分析，得到隧道开挖面上的开挖荷载；基于开挖隧道江水渗流分析模型，进行渗流场分析和开挖荷载作用下的隧道应力与变形分析，得到洞周围岩内部微结构的变化；根据岩体内部微结构变化，采用岩体渗透性演化方程进行洞周围岩渗透张量的计算，并将其传递到渗流分析模型中；采用双场交叉迭代算法进行江水渗流过程开挖隧道围岩应力、变形与渗流过程的求解。本发明还分析江水变化与岩体结构特征变化在穿江隧道开挖施工中对江底沉降变形的影响，具有创新意义，工程应用前景广泛。

主权项：1.江水渗流对穿江隧道开挖影响的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立隧道开挖力学分析模型；S2，基于隧道开挖力学分析模型，通过将隧道开挖区域挖除，建立开挖隧道江水渗流分析模型；S3，基于隧道开挖力学分析模型，进行隧道开挖过程的力学分析，得到隧道开挖面上的开挖荷载；S4，基于开挖隧道江水渗流分析模型，进行初始渗流场分析，分析开挖隧道江水渗流分析模型中的水压力；将开挖隧道江水渗流分析模型中水压力的分析结果代入隧道开挖力学分析模型中，基于隧道开挖力学分析模型，进行开挖载荷和水压力共同作用下的隧道应力与变形分析，分析洞周围岩内部微结构的变化；S5，建立岩体渗透率演化方程，并根据洞周围岩内部微结构的变化，计算洞周围岩的岩体渗透率；S6，将岩体渗透率代入开挖隧道江水渗流分析模型中，继续进行渗流场分析，更新开挖隧道江水渗流分析模型中的水压力，按照步骤S4～S5的方式，采用交叉迭代算法，分析江水渗流过程中隧道的应力与变形，以及洞周围岩内部微结构的变化；步骤S4中，在开挖隧道江水渗流分析模型的基础上，采用TOUGHREACT软件进行初始渗流场分析，若洞周围岩中流体饱和且只有一种液相组分即水，则流体运动控制方程的表达形式为： 其中，ρ和μ分别为为水的密度和粘滞系数；g为重力加速度；q为水的单位体积质量源汇项；p为水压力；K为岩体渗透率；φ为孔隙率；t表示时间；表示梯度算子；采用TOUGHREACT软件进行渗流计算，得到计算区域中不同单元的中心点处水压力，根据不同单元中心点处的水压力，得到隧道开挖力学分析模型中各单元节点的水压力，具体如下所示：隧道开挖力学分析模型中单元节点M的坐标为xM,yM,zM，若与单元节点M相关联的单元有n个，根据TOUGHREACT软件的渗流计算结果，可知与单元节点M相关联的各单元中心点处的水压力为pi，i＝1,2,…n，相关联的各单元中心点的坐标为xi,yi,zi，i＝1,2,…n，则采用反距离插值法计算得到的隧道开挖力学分析模型中单元节点M的水压力pM为： 步骤S4中，基于细观力学方法，得到水力耦合条件下饱和岩体的本构方程，具体如下所示：对于饱和含任意微裂纹分布的岩体，在宏观应力Σ与水压力p共同作用下，基于Mori-Tanaka细观均匀化方法的自由焓表达式为： 其中，宏观应力Σ泛指岩体中应力大小，开挖荷载作用在隧道开挖面上，开挖荷载会引起宏观应力Σ的改变，进而引起岩体应力产生变化和发生变形；p为隧道开挖力学分析模型中的水压力； 为微裂纹产生的宏观应变；β表示微裂纹张开的内变量； 代表求两个向量并矢积对称分量的符合； 表示单位球面用来反映任意方向分布的微裂纹，n为微裂纹的单位法向量；γn表示单位法向量为n的微裂纹的滑移内变量矢量，γ表示微裂纹的滑移内变量； 为各向同性固体基质的弹性柔度张量，由基质弹性模量Es和泊松比vs确定；d表示岩体细观损伤的内变量，d＝Num×a3，Num为微裂纹密度表示单位体积的微裂纹数量，a为微裂纹的平均半径；弹性常数H0＝3Es{16[1-vs2]}，H1＝H01-vs2；δ表示二阶单位张量；B和N分别为Biot系数张量和Biot模量，B＝b0δ，b0和φ0分别为岩体各向同性Biot系数和初始孔隙率；对岩体的自由焓关于宏观应力Σ与水压力p求导，可得水力耦合条件下饱和岩体的本构方程为： 其中，E表示宏观应变，φ为孔隙率；洞周围岩内部微结构的变化分析如下所示：水力耦合条件下饱和岩体的本构方程中，用于描述洞周围岩内部微结构的变化的内变量d、β和γ，分别根据对应的共轭热力学力Fd、Fβ和Fγ确定，具体如下所示： 其中，热力学力Fβ和Fγ分别代表微裂纹的局部法向和切向有效应力；若微裂纹张开，即Fβ＝0和Fγ＝0，则根据上式确定微裂纹张开的内变量β与滑移的内变量γ；若微裂纹呈闭合状态，Fβ＜0，则确定β和γ时考虑微裂纹的剪切滑移和法向压缩闭合效应，采用关联的Mohr-Coulomb准则，F＝|Fγ|+Fβtanφc，模拟微裂纹的滑移剪胀变形，法向闭合变形则利用双曲线模型表征，β＝-Fββ0k0β0-Fβ，其中，φc、β0、k0分别为微裂纹的内摩擦角、最大闭合量、初始法向刚度；岩体细观损伤的内变量d，采用如下所示微裂纹损伤演化准则确定： 其中，Vdc为微裂纹损伤扩展抵抗力最大值，dc为临界损伤，dc与峰值应力对应的非弹性应变有关；步骤S5中，根据洞周围岩内部微结构的变化，基于Voigt上限模型建立岩体渗透率演化方程，具体如下所示： 其中，K为岩体渗透率；φ为孔隙率；δ表示二阶单位张量；ks为基质的各向同性渗透率；为在初始损伤为d0和体积率为β0下的微裂纹的渗透率；参数χ用于表征微裂纹连通性随损伤演化的变化。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 芜湖市轨道(隧道)交通工程质量安全监督站 合肥工业大学 江水渗流对穿江隧道开挖影响的分析方法