(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 202210801985.2 (22)申请日 2022.07.07 (71)申请人 河北工程 技术学院 地址 050014 河北省石家庄市桥西区宫北 路11号 (72)发明人 王雪　杜慧慧　李自朋　杨梦雪　 张新影　贾小盼　张琳琳　栗莎　 马瑞彦　崔彦　王华楠　 (74)专利代理 机构 重庆知育道知识产权代理事 务所(普通 合伙) 50296 专利代理师 李行 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式 构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种深埋隧道挤压型大变形 地质力学模式构建方法， 其构建方法步骤如下： 步骤一： 深埋隧道挤压型大变形地质环境与影 响 因素研究； 步骤二： 深埋隧道挤压型大变形时空 变形特征分析； 步骤三： 深埋隧道挤压型大变形 力学模型确定； 所述步骤三中为 建立岩石挤压型 大变形的力学模 型， 在深入分析深埋隧道软弱围 岩挤压型大变形力学机理基础上， 结合岩石室内 试验， 进一步探明隧道开挖过程中岩石挤压变形 的力学行为， 该模型考虑了损伤扩容过程中塑性 势函数随损伤变量从损伤扩容塑性势函数线性 过渡到破裂碎胀塑性势函数， 同时考虑了弹性模 量、 泊松比随损伤变量的变化规律， 即该模型既 考虑了强度参数的劣化规律， 又考虑了变形参数 的劣化。 权利要求书1页 说明书25页 附图21页 CN 114996825 A 2022.09.02 CN 114996825 A 1.一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法， 其特征在于： 其构建方法步骤 如下： 步骤一： 深埋隧道挤压型 大变形地质环境与影响因素研究； 其具体步骤如下： S1： 隧道开挖过程的围岩力学 行为分析； S2： 深埋隧道挤压型 大变形地质力学环境分析； S3： 挤压型 大变形影响因素研究； 步骤二： 深埋隧道挤压型 大变形时空变形 特征分析； 其具体步骤如下： S1： 隧道开挖时空效应分析； S2： 深埋隧道开挖应力特 征分析； S3： 深埋隧道开挖变形 特征分析； 步骤三： 深埋隧道挤压型 大变形力学模型确定； 其具体步骤如下： S1： 挤压型 大变形力学机理分析 S2： 岩石挤压变形三轴 卸压试验分析； S3： 岩石挤压变形力学模型确定 。 2.根据权利要求1所述的深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法， 其特征在于： 所述步骤一中挤压型大变形影响因素研究具体包括： (1)围岩特性的影响； (2)埋深的影响； (3)地应力组合形态的影响； (4)断面形式的影响。 3.根据权利要求1所述的深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法， 其特征在于： 所述步骤二中深埋隧道开挖应力特 征分析具体包括(1)分析； (2)空间应力状态特 征分析。 4.根据权利要求1所述的深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建方法， 其特征在于： 所述步骤三中为建立岩石挤压型大变形的力学模型， 在深入分析深埋隧道软弱围岩挤压型 大变形力学机理基础上， 结合岩石室内试验， 进一步探明隧道开挖过程中岩石挤压变形 的 力学行为， 同时隧道 开挖卸荷条件下围岩经历弹性变形—峰前卸荷损伤扩容—峰后脆性跌 落—线性应变软化—残余理想塑性5个变形破坏阶段， 其中有3个重要的临界转折点： ①由 弹性变形进入峰前卸荷损伤扩容阶段的损伤扩容应力点， C点； ②从损伤扩容进入峰后破坏 阶段的峰值极限承载强度点， D点； ③从峰后脆性跌落阶段进入线性应变软化阶段的线性应 变软化点， E点， 于是需要这3个临界转折点的判别准则， 在计算时用于判别当前应力状态所 处的变形破坏阶段， 进而采用该阶段的本构方程， 针对卸荷状态下砂岩建立了损伤扩容、 破 裂碎胀准则的形式， 建立开挖卸荷条件 下软岩各变形破坏阶段的临界准则， 包括损伤扩容、 破裂碎胀和线性应 变软化3个临界准则。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114996825 A 2一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式构建 方法 技术领域 [0001]本发明涉及隧道施工技术领域， 具体是一种深埋隧道挤压型大变形地质力学模式 构建方法。 背景技术 [0002](1)深埋长大隧道工程现状 [0003]为了满足西部地区的经济社会发展需要， 西部地区的铁路、 公路和管道运输等基 础设施建设的呈现快速发展的趋势， 深埋隧道建设的需求在不断增大。 深埋长大隧道在克 服丘陵、 山地和峡谷等地形障碍方面有无可替代的优势， 西部地区山高谷深， 地层发育齐 全， 岩土类型丰富， 高海拔深埋隧道在高地应力软弱围岩条件下施工中极易出现挤压性大 变形破坏。 特别是川藏铁路的建设， 在深埋隧道施工中遇到的各种地质灾害成为首要解决 的问题之一。 [0004]目前， 世界各国在铁路、 公路和水利水电等领域修建了大量深埋隧道。 国外 典型深 埋长大隧道有瑞士新圣哥达隧道(长度57km,最大埋深2300 m)、 法国‑意大利的里昂 ‑都灵隧 道(长度54km,最大埋深2000m)、 瑞士新列奇堡隧道(长度34km,最大埋深2200m)、 日本大清 水隧道(长度22.28km,最大埋深1300m)、 瑞士辛普朗隧道(长度19.8km,最大埋深2140m)、 意 大利亚平宁铁 路隧道(长度18.52km,最大埋深2000m)等， 施工工程中遇到洞内褶曲变形、 断 层、 岩爆、 涌水、 高地温等施工难题。 [0005]国内典型深埋长大隧道有高黎贡山铁路隧道(长度34.54km,最大埋深1155m)、 秦 岭隧道(长度18.45km,最大埋深1600m)、 秦岭终南山隧道(长度18.02km,最大埋深1640m)、 锦屏二级水电站引水隧洞(长度16.7km,最大埋深2525m)、 桑珠岭 隧道(长度16.26km,最大 埋深1347m)、 巴玉隧道(长度13.07km,最大埋深2080m)等， 施工过程中遇到高地应力软岩大 变形、 岩爆、 涌水等施工难题。 [0006]由此可知， 影响隧道施工安全的因素不仅与埋深有关， 还与隧道的岩性、 地质构造 和区域构造等因素息 息相关。 [0007](2)深埋长大隧道 施工力学 行为 [0008]关于深埋隧道施工过程表现出的力学行为特征国内外许多专家学者进行了深入 的研究。 G.Galli， Martin分别通过数值模拟和现场实验研究了深埋硬岩隧道开挖的脆性破 坏过程。 靳晓光， 熊良宵等分别结合最大埋深760m的高地应力区某深埋隧道工程和最大埋 深2 552m的锦屏二级水电站引水隧洞， 分析了围岩应力、 位移随掌子面推进过程的演化趋 势， 提出了高地应力区隧道施工对平面应力、 空间主应力、 围岩屈 服度及位移的影响范围， 对保证高地应力区隧道施工围岩稳定、 确定合理的支护时机和开挖方案具有重要的现实意 义。 [0009]通过大量的深埋隧道围岩形变压力现场实测数据， 采用数理统计的方法， 分析了 围岩级别、 隧道跨度、 隧道埋深对围岩形变压力的影响及其变化规律， 推导建立了竖向形变 压力计算公式。 吴世勇， 黄志平等应用弹塑性有限元法分析了最大埋深2  525m的锦屏二级说　明　书 1/25 页 3 CN 114996825 A 3