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申请/专利权人：长安大学

摘要：本发明公开了一种挤压性围岩隧道初期支护结构稳定性的计算方法，包括隧道结构等效转换、临界长度的计算、临界压力的计算和修正、荷载分布模式转换，以及根据筒体临界压力值修正值和径向压力极值，给出初期支护结构稳定性判据。本发明基于挤压性围岩隧道初期支护闭合成环后的结构特征和失稳特点，将隧道结构等效转换为薄壁圆筒结构，建立初期支护结构薄壁圆筒力学分析模型，并对薄壁圆筒结构的失稳临界压力的计算公式进行修正，然后比较计算得到的失稳临界压力跟径向压力极值，给出稳定性判据，从而验证封闭条件下初期支护结构的稳定性，为挤压性围岩隧道结构设计提供重要的参考。

主权项：1.一种挤压性围岩隧道初期支护结构稳定性的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：【1】隧道结构等效转换：基于挤压性围岩隧道初期支护闭合成环后的结构特征和失稳特点，将隧道初期支护的薄壁壳体结构等效转换为薄壁圆筒结构，具体包括初期支护结构材料等效转化和结构断面形状等效转化；【2】临界长度Lcr的计算：根据等效后薄壁圆筒的外直径和壁厚，计算其临界长度： 式中：Lcr为临界长度；D0为薄壁圆筒外直径m；δe为薄壁圆筒壁厚m；【3】筒体临界压力Pcr的计算：判定等效薄壁圆筒属于长圆筒或者短圆筒，并依据相应的公式计算得到筒体临界压力：当圆筒计算长度L≥Lcr时为长圆筒： 当圆筒计算长度LLcr时为短圆筒： 式中Pcr为筒体临界压力MPa；Et为在环境温度下圆筒的弹性模量MPa；μe为圆筒材料的泊松比；【4】临界压力值的修正：【4.1】根据待计算隧道的断面形状参数计算确定该隧道的不圆度ζ和薄壁圆筒不圆度为0时的临界压力【4.2】基于有限元数值模拟计算得到不同不圆度ζ下的筒体临界压力Pcr；在ANSYS中基于筒体内径Di和筒体壁厚t，采用SHELL181壳单元建立隧道等效薄壁圆筒模型并划分网格，以2％为间隔在0～20％的不圆度区间设置多个计算工况，对其进行几何非线性分析，计算得到不同不圆度ζ下的筒体临界压力Pcr；【4.3】通过曲线拟合的方法得到不圆度ζ影响下的筒体临界压力Pcr的关系式；【4.4】根据【4.3】关系式对筒体临界压力值进行修正，得到筒体临界压力修正值Pcr′： 式中：为薄壁圆筒不圆度为0时的临界压力，即薄壁圆筒横截面为绝对圆形情况下的临界应力，根据薄壁圆筒临界压力计算公式计算；k为修正系数，ζ为不圆度，a、b、c、d为多项式系数；【5】荷载分布模式转换：将隧道垂直荷载和水平荷载分布模式转换为环向分布模式，并计算得到载荷的径向压力极值；【6】初期支护结构稳定性判断：比较步骤【4】得到的筒体临界压力值修正值和步骤【5】得到的径向压力极值，给出初期支护结构稳定性判据。

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