一种解决隧洞围岩变形量的简便预测方法与流程

本发明涉及岩土工程、隧道及地下工程施工监测，具体涉及一种解决隧洞围岩变形量的简便预测方法。

背景技术：

1、在隧洞施工领域，围岩变形量的计算与监测至关重要。它不仅是判别围岩支护稳定与否的关键依据，直接关系到隧洞施工的安全，还对后期衬砌混凝土的受力情况有着深远影响。若变形量过大，会对混凝土形成巨大挤压，导致混凝土因受力过大而开裂，严重威胁隧洞结构的安全性和耐久性。此外，准确的围岩变形量计算还能为工程建设投资提供重要参考，避免不必要的成本浪费。然而，现有的围岩变形量计算方法存在诸多不足。普氏理论虽然在一定条件下能简化应力计算，但它认为洞顶中央围岩压力最大，且围岩压力只与跨度有关，与断面形式、岩体地质、上覆盖层厚度均无关，这与实际情况存在明显差异。太沙基散体理论虽然考虑了岩体的内聚力，从应力传递原理出发推导竖向围岩应力，与实际情况更为接近，但在实际应用中仍存在计算复杂、参数获取困难等问题。因此，寻找一种简便、准确的隧洞围岩变形量计算方法具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种原理清晰、计算简便、结果可靠的隧洞围岩变形量计算方法，将理论计算的瞬时变形与基于监测数据的后期预测变形相结合，实现总变形量的高效估算。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，包括以下步骤：

4、s1、基于普氏理论，将隧洞顶拱围岩受力模型简化为简支梁模型，根据隧洞断面几何参数、围岩物理力学参数，计算围岩在开挖后应力释放产生的瞬时变形量；

5、s2、在隧洞开挖后设定监测点，进行连续时间的围岩位移监测，获得一系列时间-位移观测数据；

6、s3、利用所述时间 - 位移观测数据，分别采用对数函数、指数函数和双曲函数三种时态函数进行回归分析，通过最小二乘法求解各函数的待定系数、，并计算各函数的相关系数；

7、s4、比较步骤 s3 中三种时态函数的相关系数，选取值最接近 1 的函数作为最优回归方程；

8、s5、根据所述最优回归方程，计算围岩的后期变形收敛值（即时的函数值），作为围岩的后期变形量；

9、s6、将所述瞬时变形量与所述后期变形量相加，得到隧洞围岩的总变形量，即。

10、进一步地，步骤 s1 中计算瞬时变形量时，首先根据普氏理论计算自然平衡拱高度，其中为平衡拱半跨度，为岩石坚固性系数；继而推导拱轴线方程及曲率半径；然后将顶拱围岩简化为以平衡拱高度为梁高、以平衡拱跨度（）为梁跨的简支梁模型；最后根据材料力学中简支梁在均布荷载下的挠度公式，计算跨中最大挠度作为。

11、进一步地，步骤 s3 中，利用最小二乘法原理，通过构建并求解正规方程组，求得各时态函数的系数、及相关系数。优选通过电子表格软件（如 excel）编程计算，提高效率。

12、进一步地，步骤 s5 中，对于指数函数，其收敛值即为系数。

13、进一步地，还包括对所得总变形量的验证与应用步骤。 s7：根据最优回归方程计算变形速率，当连续监测的日变形速率小于规范要求的阈值（例如 0.1mm / 天）时，可判定围岩变形已基本稳定，为后续工序提供决策依据。

14、本发明的有益效果在于：

15、1. 理论结合实测，覆盖变形全过程：创新性地将普氏理论简化的瞬时弹性变形计算与基于现场监测数据的后期流变变形预测相结合，完整反映了围岩从开挖瞬时到长期稳定的总变形过程。

16、2. 简化计算，便于工程应用：将复杂的围岩力学问题简化为经典的简支梁挠度计算和数学回归分析，概念清晰，计算步骤明确，易于工程师掌握和在现场应用，无需依赖复杂的专业数值软件。

17、3. 精度可靠：通过对比多种时态函数的回归拟合优度（相关系数），自动选取与实测数据吻合度最高的模型进行预测，提高了后期变形量计算的科学性和准确性。

18、4. 指导施工：不仅能预测总变形量，用于指导支护设计和变形预留，还能通过回归方程分析变形趋势和速率，为判断围岩稳定时机、安全推进施工工序提供定量依据。

1.一种解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求 1 所述的解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，其特征在于，步骤s1 中所述计算瞬时变形量的具体过程包括：

3.根据权利要求2 所述的解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，其特征在于，步骤 s3中所述通过最小二乘法求解待定系数，对于指数函数，通过线性变换，令、、，转化为线性方程，再通过最小二乘法求解系数和，进而得到。

4.根据权利要求3所述的解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，其特征在于，步骤 s5中，所述后期变形量即为所述最优回归方程当时间时的函数极限值。

5.根据权利要求 4所述的解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，其特征在于，步骤 s2中所述连续监测的时间不少于 15 天。

6.根据权利要求 5 所述的解决隧洞围岩变形量的简便预测方法，其特征在于，还包括步骤 s7：根据步骤 s4 得到的最优回归方程，计算不同时间点的变形速率，当变形速率小于预设阈值时，判定围岩变形已基本稳定。