[发明专利]一种适用于穿越复合地层隧道的基底荷载计算方法

摘要

本发明公开了一种适用于穿越复合地层隧道的基底荷载计算方法，属于隧道施工技术领域，其中通过建立穿越复合地层隧道与复合地层之间的滑线场力学模型，根据复合地层软、硬土层分界线与隧道中心线的位置关系，能准确、快速地确定硬土层中滑移区的宽度，实现穿越复合地层隧道基底荷载的计算。本发明的适用于穿越复合地层隧道的基底荷载计算方法，其推导过程简单，能有效实现隧道结构穿越复合地层时基底荷载的计算，确保隧道基底荷载的计算结果与实测值更为接近，更加符合隧道位于复合地层中的实际受力状态，为隧道穿越复合地层时的基底荷载提供了准确可靠的计算方法，保证了隧道的建设和营运安全，科学性强，具有较好的应用前景和推广价值。

主权项

1.一种适用于穿越复合地层隧道的基底荷载计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取隧道的勘探参数，所述勘探参数包括：隧道顶部与水平地面之间的距离，复合地层中软土层与硬土层的水平交界线与隧道水平中心线的位置关系，和隧道两侧硬土层的内摩擦角，以及所述硬土层在所述水平交界线处达到塑性极限状态时的竖向荷载；S2：根据软、硬土层水平交界线与隧道水平中心线的位置关系建立复合地层的滑线场力学模型；在该滑线场力学模型中确定刚好与隧道底部相切的曲线，即硬土层的滑移线，所述滑移线包括呈直线的第一滑移线和呈对数螺旋线的第二滑移线，分别对应滑线场中的主动应力区和过渡应力区，两应力区的交界线为呈直线的第一应力段，该第一应力段的两端点分别为第一滑移线与第二滑移线的交点和所述水平交界线与隧道圆周的交点；S3：根据复合地层中软、硬土层分界线与隧道中心线的相对位置，结合滑移线与圆周相切的条件和切点的位置计算滑移区的宽度；当所述水平交界线不低于所述隧道水平中心线时，滑移区的宽度可由下式进行计算：式1中，b为滑移区的宽度；a为隧道的圆周半径；为硬土层的摩擦角；θ₁为第一连线与第一应力段所成的夹角，该第一连线为第二滑移线上任意点与第一交界点的连续，所述第一交界点为所述水平交界线与隧道圆周的交点；当所述水平交界线低于所述隧道水平中心线时，滑移区的宽度可由下式进行计算：式2中，b为滑移区的宽度；a为隧道的圆周半径；为硬土层的摩擦角；θ₃为第二连线与隧道水平中心线的夹角，该第二连线为第一交界点与隧道圆心的连线，θ₃＜0；S4：计算隧道在所述第一交界点处所承受的荷载集度，计算公式如下所示：式3中，q₂为所述第一交界点处的荷载集度；q₁为所述硬土层在所述水平交界线处达到塑性极限状态时的竖向荷载；由于隧道与硬土层交界的圆周上的荷载集度随着与所述第一交界点距离的增大而减小，则隧道圆周上第一交界点与切点之间任意位置处的荷载集度可通过如下公式进行计算：q_x＝q₂‑λl_x    (式4)式4中，q_x为滑移区内弧线上任意位置X处的荷载集度；q₂为第一交界点处的荷载集度；lx为位置X与第一交界点在圆周上的距离；λ为荷载集度的折减系数。