一種隱伏溶洞與新建山嶺隧道間安全距離確定方法
2023-05-24 18:09:26
一種隱伏溶洞與新建山嶺隧道間安全距離確定方法
【專利摘要】本發明屬隧道工程領域，具體涉及隱伏溶洞與新建山嶺隧道間安全距離確定方法，該方法通過利用ANSYS軟體建立隱伏溶洞與隧道間距離為的有限元模型，模擬隧道施工順序進行有限元求解，計算每次折減距離後對應隱伏溶洞與隧道間巖層的塑性應變能，建立溶洞與隧道間距離與隱伏溶洞與隧道間巖層塑性應變能變化序列，再計算能量突變特徵值，當能量突變特徵值小於等於0時輸出隱伏溶洞與隧道間安全距離。本方法以隱伏溶洞與隧道間巖層能量突變為安全距離判據，確定出的安全距離比常規塑性區判據確定的安全距離小，克服了傳統基於塑性區貫通進行隱伏溶洞與隧道間安全距離值模擬計算過程麻煩且結果不合理性的不足，保證了巖溶隧道的安全性，減小巖溶事故發生機率。
【專利說明】一種隱伏溶洞與新建山嶺隧道間安全距離確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及隧道工程【技術領域】，具體涉及一種隱伏溶洞與新建山嶺隧道間安全距離確定方法。
【背景技術】
[0002]當前有關巖溶隧道建設方面的研究在不斷深入，巖溶區隧道建設正在蓬勃發展，當隧道周圍有隱伏溶洞存在時，如何合理確定兩者間安全距離是個相當棘手的技術難題，它關係到隧道能否順利施工和安全運營，並且在一定程度上決定了隧道長度及埋深，兩者距離越小，隧道避繞溶洞的距離越小，隧道越短，工程造價就越低，但隧道失穩的危險性也越大。
[0003]目前，對於隱伏溶洞與隧道間安全距離的工程設計往往是半經驗的，基於以往工程經驗並給予較大的安全儲備，工程實例甚多，而理論研究甚少；大多基於塑性區貫通進行安全距離數值模擬計算，過程麻煩且結果合理性有待商榷。
[0004]為了保證巖溶區隧道的安全性，降低工程造價，提高巖溶區隧道設計水平與施工技術，有必要提出一種快速、合理的確定隱伏溶洞與隧道間安全距離的方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在解決上述技術問題而提供一種隱伏溶洞與新建山嶺隧道間安全距離確定方法，旨在解決現有基於塑性區貫通進行隱伏溶洞與隧道間安全距離值模擬計算過程麻煩的技術問題。
[0006]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
[0007]一種隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0008]一、利用ANSYS軟體建立隱伏溶洞與隧道間距離為Iii的有限元模型；
[0009]二、模擬隧道施工順序，利用ANSYS軟體進行隧道施工過程數值模擬；
[0010]三、計算每次折減距離後對應隱伏溶洞與隧道間巖層的塑性應變能，建立隱伏溶洞與隧道間距離Iii與隱伏溶洞與隧道間巖層塑性應變能變化序列；即，計算隱伏溶洞與隧
道間中夾巖柱發生塑性應變單元的總應變能
【權利要求】
1.一種隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特徵在於，包括以下步驟: 一、利用ANSYS軟體建立隱伏溶洞與隧道間距離為hi的有限元模型； 二、模擬隧道施工順序，利用ANSYS軟體進行隧道施工過程數值模擬； 三、計算每次折減距離後對應隱伏溶洞與隧道間巖層的塑性應變能，建立隱伏溶洞與隧道間距離Iii與隱伏溶洞與隧道間巖層塑性應變能變化序列；即，計算隱伏溶洞與隧道間中夾巖柱發生塑性應變單元的總應變能
2.根據權利要求1所述隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特徵在於，步驟一中，利用ANSYS軟體建立隱伏溶洞與隧道間距離為Iii的有限元模型的具體操作方法如下: 將溶洞按照「空場力學模型」來模擬，即將溶洞作為原有空洞，用ANSYS軟體的生死單元來模擬形成；採用摩爾一庫侖等面積圓DP屈服準則進行ANSYS程序模擬；圍巖和隧道結構初次襯砌均採用四節點平面單元(PLANE42)加以模擬，圍巖及襯砌的物理力學參數根據隧道勘測資料和設計規範中規定的力學參數範圍確定；模型兩側邊界距所分析隱伏溶洞或隧道最短距離大於溶洞跨度或隧道跨度的5倍值中的最大值，模型頂底兩邊界距所分析隱伏溶洞或隧道最短距離大於溶洞跨度或隧道跨度的5倍值中的最大值；模型左右兩側邊界施加法向約束，垂直方向自由；模型底邊邊界施加法向約束，水平方向自由；模型上部邊界自由，模型上邊界上施加均布荷載和垂直地應力；模型左右兩側邊界施加均布地應力荷載。
3.根據權利要求1所述隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特徵在於，步驟二中，當巖溶隧道圍巖基本為III~IV級時，採用下述模擬隧道施工順序:初始地應力場模擬；開挖洞室上部，用殺死單元來模擬；對洞室上部進行初期支護；用激活單元並改變單元材料屬性來模擬；開挖洞室下部，對洞室下部進行初期支護；做隧道仰拱。
4.根據權利要求3所述隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特徵在於，初始應力場模擬前，把後續開挖洞室過程中要激活的單元`殺死。
【文檔編號】G06F17/50GK103577642SQ201310544728
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】賴永標, 白晨光, 油新華, 耿冬青, 馬慶松, 宋福淵, 楊春英 申請人:中國建築股份有限公司