(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211109732.5 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 长江水利委员会长江科 学院 地址 430010 湖北省武汉市汉口后九万方 长江科学院岩土 重点实验室 (72)发明人 张雨霆　黄书岭　丁秀丽　李玉婕　 何军　刘登学　付敬　张练　 吴勇进　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 刘琳　周俊 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和 量化评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于安全度指标的隧洞 围岩稳定性判别和量化评估 方法， 通过采用掌子 面持续推进的模拟方法， 实现不同条件下的隧洞 开挖支护三维数值仿真， 获得围岩塑性区深度、 掌子面后方围岩变形、 锚 杆最大拉应力和钢拱架 最大压应力， 并分别计算这些指标与最大允许值 的比值， 从而得到对应指标的安全度， 实现隧洞 围岩稳定性的判别。 然后， 计算表征围岩稳定程 度的综合量化指标， 从而实现不同条件 下的围岩 稳定性量化评估。 该方法计算及评估 结果准确度 高， 能快速、 准确地评估出隧洞围岩综合 安全度。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115510527 A 2022.12.23 CN 115510527 A 1.一种基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量 化评估方法， 其特 征在于， 包括： 根据隧洞设计资料， 建立计算分析模型； 根据地质资料， 确定岩体力学参数和初始地应 力场； 采用掌子面持续推进的模拟方法对隧洞开挖支护的三维数值进行仿真， 获取掌子面后 方围岩变形， 以及围岩塑性区最大深度、 锚杆最大拉应力和钢拱架最大压应力指标； 根据获得的掌子面后方围岩变形、 围岩塑性区最大深度、 锚杆最大拉应力和钢拱架最 大压应力指标， 获取塑性区安全度Fplas、 围岩变形安全度Fdisp、 锚杆安全度F1和钢拱架受力 安全度F2； 判断min(Fplas， Fdisp， F1， F2)≥1是否成立， 若成立， 则隧洞围岩稳定性可以得到保证， 进 入下一步； 若不成立， 则当前隧洞设计方案不能满足围岩稳定性要求， 应调整设计方案后， 重新计算分析评价； 根据获得的锚杆安全度F1和钢拱架受力安全度F2， 获取支护受力安全度Fsupp； 根据获得的塑性区安全度Fplas、 围岩变形安全度Fdisp和支护受力安全度Fsupp， 取均值作 为表征隧洞方案总体围岩稳定程度的综合 安全度； 根据获得的围岩稳定的综合安全度指标， 量化评价当前设计方案条件下的隧洞围岩稳 定性。 2.根据权利要求1所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 掌子面持续推进的模拟方法为： 在计算分析模型中设置监测断面， 每次开挖计算 仅移除施工进尺范围内的围岩单元， 计算平衡后再进行下一施工进尺的计算， 直至完成计 算分析模型覆盖范围内的围岩单 元开挖。 3.根据权利要求2所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 掌子面推进过程中的围岩变形分为掌子面前方围岩变形和掌子面后方围岩变 形。 4.根据权利要求1所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 塑性区安全度Fplas根据下式计算得到： 式中： Lmax为洞周塑性区最大深度， [L]为 Lmax所在区域的锚固支护长度。 5.根据权利要求1所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 围岩变形安全度Fdisp根据下式计算得到： 式中： ε＝δ/D为 隧洞相对收敛， δ为围岩开挖出露后及时起测所获得的收敛变形， 可累 加隧洞两侧边墙的掌子面后方围岩变形得到， D为隧洞直径或跨度， [ε]为隧洞允许相 对收 敛变形。 6.根据权利要求1所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 锚杆安全度F1和钢拱架受力安全度F2根据下式计算得到： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510527 A 2式中： f1为锚杆最大拉应力， [f1]为锚杆强度设计值； f2为钢拱架最大压应力， [f2]为钢 材强度设计值。 7.根据权利要求6所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 将锚杆和钢拱架的受力安全度指标均值定义为支护受力安全度Fsupp， 支护受力 安全度Fsupp根据下式计算得到： 若初期支护措施仅有锚杆， 则取 Fsupp＝F1。 8.根据权利要求1所述的基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法， 其 特征在于， 综合 安全度根据下式计算得到： F＝(Fplas+Fdisp+Fsupp)/3。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510527 A 3