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(fā)明屬隧道工程領(lǐng)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軟件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，計算每次折減距離后對應(yīng)隱伏溶洞與隧道間巖層的塑性應(yīng)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(yīng)變能變化序列，再計算能量突變特征值，當(dāng)能量突變特征值小于等于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?yōu)榘踩嚯x判據(jù)，確定出的安全距離比常規(guī)塑性區(qū)判據(jù)確定的安全距離小，克服了傳統(tǒng)基于塑性區(qū)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(jié)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(fā)生幾率。
【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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道工程【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]當(dāng)前有關(guān)巖溶隧道建設(shè)方面的研究在不斷深入，巖溶區(qū)隧道建設(shè)正在蓬勃發(fā)展，當(dāng)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(dāng)棘手的技術(shù)難題，它關(guān)系到隧道能否順利施工和安全運營，并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(wěn)的危險性也越大。
[0003]目前，對于隱伏溶洞與隧道間安全距離的工程設(shè)計往往是半經(jīng)驗的，基于以往工程經(jīng)驗并給予較大的安全儲備，工程實例甚多，而理論研究甚少；大多基于塑性區(qū)貫通進行安全距離數(shù)值模擬計算，過程麻煩且結(jié)果合理性有待商榷。
[0004]為了保證巖溶區(qū)隧道的安全性，降低工程造價，提高巖溶區(qū)隧道設(shè)計水平與施工技術(shù)，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(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在解決上述技術(shù)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(xiàn)有基于塑性區(qū)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(shù)問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]一、利用ANSYS軟件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軟件進行隧道施工過程數(shù)值模擬；
[0010]三、計算每次折減距離后對應(yīng)隱伏溶洞與隧道間巖層的塑性應(yīng)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(yīng)變能變化序列；即，計算隱伏溶洞與隧
道間中夾巖柱發(fā)生塑性應(yīng)變單元的總應(yīng)變能
【權(quán)利要求】
1.一種隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特征在于，包括以下步驟: 一、利用ANSYS軟件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軟件進行隧道施工過程數(shù)值模擬； 三、計算每次折減距離后對應(yīng)隱伏溶洞與隧道間巖層的塑性應(yīng)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(yīng)變能變化序列；即，計算隱伏溶洞與隧道間中夾巖柱發(fā)生塑性應(yīng)變單元的總應(yīng)變能
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特征在于，步驟一中，利用ANSYS軟件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(xué)模型”來模擬，即將溶洞作為原有空洞，用ANSYS軟件的生死單元來模擬形成；采用摩爾一庫侖等面積圓DP屈服準(zhǔn)則進行ANSYS程序模擬；圍巖和隧道結(jié)構(gòu)初次襯砌均采用四節(jié)點平面單元(PLANE42)加以模擬，圍巖及襯砌的物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)隧道勘測資料和設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的力學(xué)參數(shù)范圍確定；模型兩側(cè)邊界距所分析隱伏溶洞或隧道最短距離大于溶洞跨度或隧道跨度的5倍值中的最大值，模型頂?shù)變蛇吔缇嗨治鲭[伏溶洞或隧道最短距離大于溶洞跨度或隧道跨度的5倍值中的最大值；模型左右兩側(cè)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(yīng)力；模型左右兩側(cè)邊界施加均布地應(yīng)力荷載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特征在于，步驟二中，當(dāng)巖溶隧道圍巖基本為III~IV級時，采用下述模擬隧道施工順序:初始地應(yīng)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；用激活單元并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(jù)權(quán)利要求3所述隱伏溶洞與隧道間安全距離確定方法，其特征在于，初始應(yīng)力場模擬前，把后續(xù)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(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】賴永標(biāo), 白晨光, 油新華, 耿冬青, 馬慶松, 宋福淵, 楊春英 申請人:中國建筑股份有限公司