中汽建工(洛阳)检测有限公司;中核勘察设计研究有限公司;河南大学;石家庄铁道大学宋旭获国家专利权
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龙图腾网获悉中汽建工(洛阳)检测有限公司;中核勘察设计研究有限公司;河南大学;石家庄铁道大学申请的专利一种盾构掘进隧道上覆土压力确定方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119623133B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510168666.6,技术领域涉及:G06F30/20;该发明授权一种盾构掘进隧道上覆土压力确定方法是由宋旭;苗长伟;张宇;王俊卿;郑铮;卢潇;冷凝;辛红振;石磊;闻磊;王水亮;聂子良;陈晓飞;张祎斐;唐瑾;张柯设计研发完成,并于2025-02-17向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种盾构掘进隧道上覆土压力确定方法在说明书摘要公布了:本发明提供了一种盾构掘进隧道上覆土压力确定方法,涉及覆土压力确定技术领域,所述方法包括:获取盾构掘进隧道上覆土对应的计算理论模型;根据所述计算理论模型,确定不同应力水平下剪胀发挥系数;根据,确定不同应力水平下剪胀角对应的隧道开挖剪切带与水平方向夹角;根据,确定隧道上覆土压力关于土拱高度的计算公式和土拱高度关于地层损失率的计算公式;根据隧道上覆土压力关于土拱高度的计算公式和土拱高度关于地层损失率的计算公式,确定隧道上覆土压力关于地层损失率的计算公式,进而确定盾构掘进隧道上覆土压力,本发明中的方法综合考虑多方面因素,能够准确的确定盾构掘进隧道上覆土压力。
本发明授权一种盾构掘进隧道上覆土压力确定方法在权利要求书中公布了:1.一种盾构掘进隧道上覆土压力确定方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: S100,获取盾构掘进隧道上覆土对应的计算理论模型; S200,根据所述计算理论模型,确定不同应力水平下剪胀发挥系数; S300,根据,确定不同应力水平下剪胀角对应的隧道开挖剪切带与水平方向夹角; S400,根据,确定隧道上覆土压力关于土拱高度的计算公式和土拱高度关于地层损失率的计算公式; S500,根据隧道上覆土压力关于土拱高度的计算公式和土拱高度关于地层损失率的计算公式,确定隧道上覆土压力关于地层损失率的计算公式,进而确定盾构掘进隧道上覆土压力; 所述计算理论模型包括:上部分倒梯形或矩形及下部分类三角形;土拱计算宽度两侧剪切面起始位置位于隧道中心线为基准的±45°半径与圆周的交点处;土拱计算高度为,当埋深C大于土拱计算高度时,土拱计算高度以上地层不受隧道开挖影响;隧道顶部位置土拱计算宽度为2B,上部各位置土拱计算宽度为2B z;; 符合以下公式: ; 其中,为平均有效应力;p'为150kPa时的土体峰值剪胀角;为平均有效应力p'大于150kPa情况下的土体最大剪胀角; 符合以下公式: ; 其中,为土体内摩擦角; B和B z符合以下公式: ; ; 其中,D为隧道直径,C为隧道埋深,z为竖向坐标; 盾构掘进过程中剪切面内任意位置土体大、小主应力与竖向、水平主应力的关系: ; ; 其中,为大主应力迹线处某点大主应力方向与竖直方向夹角;,为大主应力,为小主应力,为竖向土压力,为水平土压力; 根据和,确定侧向土压力系数K,其中,K符合以下公式: ; 式中,Kp为被动土压力系数,; 在隧道中心线上,,侧向土压力系数K o=K p;在剪切面上,,为剪切面处土体大主应力方向与竖直方向夹角,;侧向土压力系数K s计算公式如下: ; 得到剪切面处正应力、切应力与大小主应力的关系: ; ; ; 其中,为剪切面处土体大主应力方向与剪切面的夹角;进而得到: ; ; 其中,为平行于剪切面的切应力,为平均竖向土压力; 确定侧向土压力系数: ; 确定剪切面处正应力: ; 其中为剪切面处正应力与平均竖向土压力之比; ; 确定剪切面处剪应力: ; 确定微分方程: ; 其中,为土体重度; 求解上式,令预设赋值参数,将写为形如的一阶非齐次线性微分方程形式: ; 解上式,可得: ; 式中,为待定常数; 代入边界条件:当时,; 可得: ; 上式计算条件需满足; 隧道上覆土压力计算公式为: ; 通过求解可得隧道上覆土压力计算公式为: ; 步骤S500包括: 简化剪切带体积为V 1+V 2,其中,V 1为隧道顶部平面以上剪切带体积,V 2为隧道顶部平面以下剪切带体积;其中, ; ; 采用临界孔隙比来计算剪切带的体积变化,孔隙比变化量为,其中,为初始孔隙比;剪切带内部土体剪胀导致的体积变化为;得到: ; 其中,为地层损失率,进一步得到土拱高度与地层损失率计算公式: ; 其中,; 结合和的计算公式,得到隧道开挖上覆土压力大小。
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