(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210975059.7 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 江西省交通投资集团有限责任公司 地址 330025 江西省南昌市西湖区朝阳洲 中路367号 申请人 上海同岩土 木工程科技股份有限公 司　 同济大学 (72)发明人 廖小春　刘学增　毛勤平　杨晓秋　 涂久根　桑运龙　江炜　孙州　 刘元宏　师刚　奚第军　蔡小东　 刘源保　王传飞　黄远亮　李明　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 翁惠瑜(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种节理发育地层隧道围岩失稳的判定方 法 (57)摘要 本发明涉及一种节理发育地层 隧道围岩失 稳的判定方法， 包括以下步骤： 基于多源数据获 取掌子面节理产状信息； 基于所述掌子面节理产 状信息绘制等密度图， 对节理进行分组， 分组结 果包括单组节理、 两组节理和三组及以上节理； 基于不同节理分组情况， 采用对应的隧道围岩失 稳判定方法获得失稳判定结果， 具体地： 针对单 组节理， 分别进行薄弱部位的压溃弯折验算及结 构面抗剪强度控制的滑动破坏验算， 判断其失稳 模式及失稳范围； 针对两组节理， 在判断隧道临 空面失稳块体的基础上， 利用循环检索法， 实现 隧道塌方范围的判定； 针对三组及以上节理， 基 于均匀化思想将破碎围岩等效为均质介质计算， 获得失稳判定结果。 与现有技术相比， 本发明具 有判定快速、 提高计算效率 等优点。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115292945 A 2022.11.04 CN 115292945 A 1.一种节理发育地层隧道围岩失稳的判定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 基于多源数据获取掌子面节理产状信息； 基于所述掌子面节理产状信息绘制等密度图， 对节理进行分组， 分组结果包括单组节 理、 两组节理和三组及以上节理； 基于不同节理分组情况， 采用对应的隧道围岩失稳判定方法获得失稳判定结果， 具体 地： 针对单组节理， 分别进行薄弱 部位的压溃弯折验算及结构面抗剪强度控制的滑动破坏 验算， 判断其失稳模式及失稳 范围； 针对两组节理， 在判断隧道 临空面失稳块体的基础上， 利用循环检索 法， 实现隧道塌方 范围的判定； 针对三组及以上节理， 基于均匀化思想将破碎围岩等效为均质介质计算， 获得失稳判 定结果。 2.根据权利要求1所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 所述多 源数据包括现场量测记录数据、 超前地质预报数据、 钻孔探测数据和掌子面随钻数据。 3.根据权利要求2所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 所述现 场量测记录数据采用接触测量手段或非接触测量手段获得。 4.根据权利要求1所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 所述掌 子面节理产状信息包括岩体表面节理特 征、 掌子面节理结合形态、 空间分布和粗 糙程度。 5.根据权利要求1所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 针对单 组节理， 所述失稳模式包括块体压溃失稳和块体滑动 失稳， 所述块体压溃失稳的判定方式 为： 检索洞周薄弱块体， 基于简支梁计算模型计算最大拉应力， 若最大拉应力超过围岩容 许抗拉强度， 则判定为发生弯折破坏形式的块体压溃失稳； 所述块体滑动失稳的判定方式为： 筛选出几何角度及力学角度均可动的洞周块体， 对其进行结构面抗剪强度评估， 判定 块体两侧结构面是否破坏， 当块体两侧结构面抗剪强度达到极限， 则判定为发生结构面破 坏形式的块体滑动失稳。 6.根据权利要求5所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 判定发 生所述弯折破坏的判定公式为： 其中， γ为围岩重度， L为节理块体计算长度， H为计算块体重心埋深， α 为节理倾角， μ为 截面等效系数， b为隧道截面宽度， [σ ]为围岩容许抗拉强度。 7.根据权利要求5所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 筛选所 述几何角度及力学角度均可动的洞周块体具体为： 基于传统块体理论， 逐块对洞周块体进行判定， 首先筛选出几何构造上能够滑动的块 体， 基于筛选块体， 做力学分析， 计算下滑力与抗滑力， 根据传统块体分析理论计算块体稳 定性系数， 筛 选获得几何角度及力学角度均可动的洞周块体。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292945 A 28.根据权利要求5所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 所述块 体压溃失稳的围岩失稳范围基于叠合梁理论计算 获得， 所述块体滑动失稳的围岩失稳范围 为滑动的块体范围。 9.根据权利要求1所述的节理发育地层隧道围岩 失稳的判定方法， 其特征在于， 所述循 环检索法具体为： 基于各节 理组参数、 结构面本构参数、 隧道轮廓线及隧道中心位置， 自动生成围岩切割 模型， 剔除隧道轮廓线内围岩， 形成隧道开挖模型； 逐个检索隧道洞周块体， 采用极射赤平投影分析方法对各块体进行节理组合分析， 筛 选出几何构造上能够失稳的块体； 在筛选块体的基础上， 采用传统块体分析理论， 从力学角度判定失稳的关键块体， 确定 隧道失稳部位； 删除所述关键块体， 采用极限埋深法循环对产生的临空块体进行失稳判定， 实现隧道 塌方范围的判定 。 10.根据权利要求9所述的节理发育地层隧道围岩失稳的判定方法， 其特征在于， 所述 隧道塌方 范围的判定的步骤 包括： 将第1组节理组标记为s1， 第2组节理组标记为s2， 若所述临空块体的滑动面为s1， 则 采 用以下公式计算获得块体极限埋深H1： 若所述临 空块体的滑动面 为s2， 则采用以下公式计算获得块体极限埋深H2： 其中， H1为沿s1面滑动的块体极限埋深， H2为沿s2面滑动的块体极限埋深， 为第1组节 理组内摩擦角， c1为第1组节理组粘聚力， α为第1组节理组倾角， d1为第1组节理间距， 为 第2组节理组内摩擦角， c2为第2组节理组粘聚力， β 为第2组节理组倾角， d2为第2组节理间 距； 判断是否存在H>＝H1或者H>＝H2， H为块体中心埋深， 若是， 则判定临空块体为失稳块 体； 删除失稳块体， 对新产生的临空块体循环进行上述步骤， 直至剔除所有失稳块体， 判定 获得失稳塌方 范围。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292945 A 3