(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 202210626322.1 (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 周凤印 地址 450015 河南省郑州市二七区南屏路 60号院2号楼45号 申请人 胡莘　康延铭　郭波前 (72)发明人 周凤印　胡莘　康延铭　郭波前　 (74)专利代理 机构 西安创知专利事务所 61213 专利代理师 马凤云 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑施工扰动 的深埋软岩隧洞预留开 挖确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑施工扰动 的深埋软 岩隧洞预留开挖确定方法， 包括步骤： 一、 确定隧 洞开挖设计半径； 二、 隧洞围岩塑性区应力分析； 三、 确定围岩塑性区半径； 四、 确定围岩塑性区和 弹性区交界处应力； 五、 确定塑性区位移； 六、 引 入施工扰动计算有效内黏聚力、 内摩擦角； 步骤 七、 引入施工扰动获取 塑性区有效半径； 八、 确定 施工扰动下的深埋软岩隧洞预留开挖量。 本发明 利用塑性应力应变关系得到了塑性区位移表达 式， 再考虑工程扰动程度及岩体地质强度指标， 修正施工扰动下塑性区有效半径， 获取考虑施工 扰动的深埋软岩隧洞预留开挖半径， 对施工期间 围岩稳定性及合理考虑超挖量具有指导意义， 避 免围岩多次扰动， 确保深埋软岩隧洞安全快速施 工。 权利要求书4页 说明书9页 附图1页 CN 114818090 A 2022.07.29 CN 114818090 A 1.一种考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖确定方法， 其特征在于， 该方法包括以 下步骤： 步骤一、 确定隧洞开挖设计半径 ra； 步骤二、 隧洞围岩塑性区应力分析， 过程如下： 步骤201、 确定深埋软岩隧洞岩体的起塑条件： σθp＝ξ σrp+σc， 其中， σθp为深埋软岩隧洞岩 体中的切向最大主应力， σrp为深埋软岩隧洞岩体中的径向最小主应力， ξ为压力系数且 φ为深埋软岩隧洞岩体内摩擦角， σc为深埋软岩隧洞岩石单轴抗压强度且 c为深埋软岩隧洞岩体内聚力； 步骤202、 确定深埋软岩隧洞岩体的塑性区静力平衡方程： r为隧道已开 挖边界至塑性区和弹性区交界处的距离； 步骤203、 将深埋软岩隧洞岩体的起塑条件带入深埋软岩隧洞岩体的塑性区静力平衡 方程中得 求解此微分方程得 其中， C为第一积 分常数， 利用边界条件r＝ra处σrp＝0， 得 得深埋软岩隧洞开挖设计半径下塑性区应力计算结果 步骤三、 确定围岩塑性区半径： 根据弹性分布的二次应力状态结论σθp+σrp＝2p0， 并令r ＝Rp， 得 因此 其中， p0为初始应力， Rp为塑性区半径； 步骤四、 确定围岩塑性区和弹性区交界处应力： 将步骤三中Rp带入步骤二的塑性区应力权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114818090 A 2计算结果中得围岩塑性区和弹性区交界处应力 步骤五、 确定塑性区位移， 过程如下： 步骤501、 根据弹塑性力学理论 ， 塑性区内的应力与应变在三维状态下有 其中， σ 为塑性区内平均应力， σz为深埋软岩隧洞岩体中的轴向应力， ε为塑性区内平均应变， εθp为深埋软岩隧洞岩体中的切向应变， εrp为深埋软岩隧洞岩体中 的径向应 变， εz为深埋软岩隧洞岩体中的轴向应 变； 步骤502、 利用广义胡克定理得 其中， μ0为塑性区岩 石静态泊松比， E0为塑 性区岩石静态弹性模量； 经推导 由于深埋软岩隧洞断面为轴对称结构， 可将其转化为平面应变问题， 则由塑性区内平 面应变的应力应 变关系可 得 εz＝0, σz＝σ， 其中， ψ为塑性模数； 步骤503、 在塑性状态下， 深埋软岩隧洞岩体受力后的位移与应变仍然保持弹性状态下 的关系， 即 求导后 经积分后可求得 将 带入 得 其中， C' 为第二积分 常数； 步骤504、 再利用边界条件r ＝Rp, ψ＝1确定第二积分常数 σ'θp 为塑性区边界上的切向最大主应力， σ'r p为塑性区边界上的径向最小主应力，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114818090 A 3