一種考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于土木工程領域，涉及一種考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國國民經濟的迅速提高，我國的交通事業飛速發展，自上世紀六十年代至今，我國在黃土地區已經成功修建了多條鐵路、公路以及引水工程，通過這些工程我國在黃土隧道的設計和施工技術上取得了一系列突破性進展，總結了大量寶貴的設計施工經驗。隨著“十三五”規劃的到來，我國還將在黃土地區修建大量的高速公路和成千上萬座黃土隧道。
[0003]雖然以往在隧道設計和施工方面的研究經驗較多，也取得了一些成果。但不難發現，在黃土地區修建黃土隧道時，無論是設計還是施工，均忽略了黃土結構性，其后果勢必會嚴重影響隧道在設計以及施工的安全性。
[0004]通過文獻調研發現以往對于結構性的研究工作大多是從理論角度進行分析，很少涉及工程實踐方面。因此，將黃土結構性引入到實際工程實際，充分挖掘黃土特性將是下一步廣大科研工作者急需開展的工作。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于針對現有的隧道計算時未能考慮圍巖結構特性對其整體穩定性的影響，對于黃土隧道，圍巖結構所占的權值較大，基于此提出一種安全程度高的考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法。
[0006]實現本發明的技術方案如下:
[0007]—種考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法，其特征在于:所述考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法包括以下步驟:
[0008]I)調研依托工程，在隧道開挖掌子面位置處進行現場取樣，并對現場取樣進行相關物理指標測試；所述相關物理指標包括但不限于含水率、圍壓、應變、黏聚力以及摩擦角；
[0009]2)對現場取樣進行三軸壓縮試驗，分析并得到黃土結構性參數，同時建立黃土結構性參數與相關物理指標的數學關系；
[0010]3)根據依托工程的設計圖紙，運用有限差分軟件FLAC3D建立隧道模型，借助fish語言將步驟2)所得到的黃土結構性參數與相關物理指標的數學關系引入到隧道模型中；
[0011]4)根據依托工程的設計圖紙選定待監控隧道的待監測段，對待檢測段的拱頂位移以及拱腰應力進行監測，得到監測數據；
[0012]6)根據監測數據對步驟3)所建立的隧道模型進行標定。
[0013]作為優選，本發明所提供的考慮圍巖結構特性的黃土隧道監控方法在步驟4)和步驟6)之間還包括:
[0014]5)判斷監測數據是否存在奇異點數據，若是，剔除奇異點數據；若否，則直接進行步驟6)。
[0015]作為優選，本發明所采用的現場取樣的方式是擾動相對較小的人工取樣，所述現場取樣得到的土樣要密封保存，且應標明土樣的上下、左右和前后表面。
[0016]作為優選，本發明所采用的三軸壓縮試驗進行不少于4個含水率以及3個圍壓狀態下的原狀土、重塑土以及飽和原狀土的試驗。
[0017]作為優選，本發明所采用的隧道模型包括但不限于模型外形、土體參數以及開挖進尺；所述隧道模型的模型外形包括縱向長度；所述隧道模型的縱向長度與依托工程的設計圖紙中的隧道的實際長度呈比例。
[0018]本發明的優點是:
[0019]本發明提供了一種考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法，該方法包括I)調研依托工程，在隧道開挖掌子面位置處進行現場取樣，并對現場取樣進行相關物理指標測試；相關物理指標包括但不限于含水率、圍壓、應變、黏聚力以及摩擦角；2)對現場取樣進行三軸壓縮試驗，分析并得到黃土結構性參數，同時建立黃土結構性參數與相關物理指標的數學關系；3)根據依托工程的設計圖紙，運用有限差分軟件FLAC3D建立隧道模型，借助fish語言將步驟2)所得到的結構性參數與相關物理指標的數學關系引入到隧道模型中；4)根據依托工程的設計圖紙選定待監控隧道的待監測段，對待檢測段的拱頂位移以及拱腰應力進行監測，得到監測數據；5)判斷監測數據是否存在奇異點數據，若是，剔除奇異點數據；若否，則直接進行步驟6) ;6)根據監測數據對步驟3)所建立的隧道模型進行標定。本發明的理論基礎是，黃土隧道開挖卸荷過程是應力狀態改變和變形發展的過程，圍巖結構性將顯著降低；降雨和地下水運移引起的增濕也會降低圍巖結構性，因此引入結構性參數不僅可以反映開挖過程中圍巖的結構性變化特征，而且可以考慮隧道運營后增濕作用對圍巖結構性的破壞。同時結構性是黃土區別于其他正常固結土的重要力學性質。結構性的存在使得黃土力學性能增強。因此將結構性引入隧道設計施工當中具有重要的現實意義。本發明所提供的監控方法將模型的計算結果與實際工程聯系緊密，能更好的反映因圍巖土體發生結構破壞而導致的一系列隧道病害，可動態反映土體的含水率、強度變化規律，為設計施工決策提供一定的指導，具有一定的科研價值。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本發明的方法做進一步詳細說明:
[0021]實施例1:
[0022]本發明提供了一種考慮圍巖結構特性的黃土隧道數值模型的仿真方法，第一，進行現場取樣，并進行相關物理指標測試；第二，制定試驗方案，進行三軸壓縮試驗，分析黃土結構性參數的演化規律，建立結構性參數與含水率、圍壓、應變、黏聚力和摩擦角的數學關系；第三，根據依托工程并結合有限差分軟件FLAC3D建立隧道數值模型，借助fish語言，將結構性參數與含水率、圍壓、應變、黏聚力和摩擦角的關系引入到隧道計算中，實現在黃土隧道開挖計算時考慮圍巖結構特性的影響；第四，對依托工程選定斷面的拱頂位移、拱腰應力進行監測，標定數值計算結果，驗證其合理性與可靠性。
[0023]其中，現場取樣，要求在取樣時盡量采取擾動較小的人工取樣方法，