隧道基底黄土湿陷量的计算方法与流程

本发明涉及建筑施工领域，特指一种隧道基底黄土湿陷量的计算方法。

背景技术：

1、隧道等地下工程与地表建筑有不同的荷载模式，一般情况下隧道工程由于仰拱的开挖，对周边土层一定区域范围内来说是卸荷或者加载作用，且大多隧道埋深较深，需要重点考虑深层黄土的湿陷问题，然而目前是应用现行的黄土规范对隧道进行试验、评价、及处理，但不同深度的隧道对底部黄土湿陷性影响较大，按照统一的规范执行并不合理，从而导致设计方案具有不合理性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种隧道基底黄土湿陷量的计算方法，解决了按照现行黄土规范设计施工不合理的问题，通过提供能够适应于不同工况的黄图湿陷性计算方法，以对施工提供更具价值的参照体系，从而使得施工方案更为合理，保证施工质量和施工效率。

2、实现上述目的的技术方案是：

3、本发明提供了一种隧道基底黄土湿陷量的计算方法，包括如下步骤：

4、对待施工的隧道建立数值模型，并利用数值模型模拟隧道开挖以获得沿隧道基底的各个位置的竖向应力；

5、计算各个位置的竖向应力与对应位置的初始竖向应力之比，并得出各个位置与对应的竖向应力比的关系曲线，对关系曲线进行归一化处理，以获得隧道的竖截面的应力比曲线；

6、根据应力比曲线建立压力计算模型，根据压力计算模型和弗拉曼解答计算出各个位置的实际应力值，并根据实际应力值得到黄土湿陷量。

7、本发明提出了一种隧道基底黄土湿陷量的计算方法，通过利用数值模型模拟隧道开挖，进而得出应力比曲线并建立压力计算模型，根据压力计算模型和弗拉曼解答计算出各个位置的实际应力值，并根据实际应力值得到黄土湿陷量，并根据黄土湿陷量对施工进行指导，解决了按照现行黄土规范设计施工不合理的问题，通过提供能够适应于不同工况的黄图湿陷性计算方法，以对施工提供更具价值的参照体系，从而使得施工方案更为合理，保证施工质量和施工效率。

8、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，对关系曲线进行归一化处理时，还包括：

9、将关系曲线的横轴坐标值除以隧道横断面的宽度的一半，以获得应力比曲线，从而显示隧道竖截面的基底处各个位置点的应力比。

10、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，还包括：

11、将应力比曲线中竖向应力比小于1且竖向应力比逐渐增加的部分定义为i区，将应力比曲线中竖向应力比大于等于1且竖向应力比逐渐增加的部分定义为ii区，将应力比曲线中竖向应力比大于等于1且竖向应力比逐渐减小的部分定义为iii区，将应力比曲线中竖向应力比等于1且竖向应力比不再变化的部分定义为iv区；

12、根据弗拉曼解答得出i区、ii区、iii区和iv区对应的表达式，并根据表达式建立压力计算模型。

13、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，还包括：

14、将应力比曲线中表示隧道基底的中心线处的位置点作为特征点m，将应力比曲线中竖向应力比的值最大的位置点作为特征点o，并获得特征点m和特征点o的竖向应力比；

15、根据特征点m和特征点o的竖向应力比以及压力计算模型得出隧道基底各个位置点的实际压力值。

16、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，特征点m的竖向应力比取值范围为(0.36,0.54)，特征点o的竖向应力比取值范围为(1.10,1.18)。

17、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，还包括：

18、应力比曲线中竖向应力比逐渐增大的部分中竖向应力比为1的位置点作为特征点n，利用压力计算模型得出特征点m和特征点n的实际应力值。

19、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，利用压力计算模型计算实际压力值时，还包括：

20、利用弗拉曼解答、条形基础上的均布荷载计算公式和三角形任一点附加应力荷载计算公式叠加计算出特征点m和特征点n下方不同深度位置的实际压力值。

21、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，实际应力值计算公式如下：

22、σ＝σ0+ηtp0

23、其中，σ为实际应力值，σ0为初始竖向应力，p0为从地面至隧道基底中心处的初始竖向应力，ηt为竖向附加应力系数。

24、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，竖向附加应力系数ηt根据洞跨以及待计算的位置点与基底面之间的竖向距离计算得到。

25、本发明隧道基底黄土湿陷量的计算方法的进一步改进在于，从地面至隧道基底中心处的初始竖向应力的计算公式如下：

26、p0＝γh

27、其中，p0为从地面至隧道基底中心处的初始竖向应力，γ为土体密度，h为从地面至隧道基底中心处的竖向距离。

技术特征：

1.一种隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，对所述关系曲线进行归一化处理时，还包括：

3.如权利要求1所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，还包括：

4.如权利要求3所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，还包括：

5.如权利要求4所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，所述特征点m的竖向应力比取值范围为(0.36,0.54)，所述特征点o的竖向应力比取值范围为(1.10,1.18)。

6.如权利要求4所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，还包括：

7.如权利要求6所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，利用所述压力计算模型计算实际应力值时，还包括：

8.如权利要求7所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，实际应力值计算公式如下：

9.如权利要求8所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，所述竖向附加应力系数ηt根据洞跨以及待计算的位置点与基底面之间的竖向距离计算得到。

10.如权利要求8所述的隧道基底黄土湿陷量的计算方法，其特征在于，从地面至隧道基底中心处的初始竖向应力的计算公式如下：

技术总结
本发明涉及一种隧道基底黄土湿陷量的计算方法，包括如下步骤：对待施工的隧道建立数值模型，并利用数值模型模拟隧道开挖以获得沿隧道基底的各个位置的竖向应力；计算各个位置的竖向应力与对应位置的初始竖向应力之比，并得出各个位置与对应的竖向应力比的关系曲线，对关系曲线进行归一化处理，以获得隧道的竖截面的应力比曲线；根据应力比曲线建立压力计算模型，根据压力计算模型和弗拉曼解答计算出各个位置的实际应力值，并根据实际应力值得到黄土湿陷量。解决了按照现行黄土规范设计施工不合理的问题，通过提供能够适应于不同工况的黄图湿陷性计算方法，以对施工提供更具价值的参照体系，从而使得施工方案更为合理，保证施工质量和施工效率。

技术研发人员：王志壮,周跃
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12