隧洞围岩压力多源分区估值方法OA

针对现有规范围岩压力取值方法难以反映深埋大断面隧洞开挖后围岩渐进破坏、空间分异及差异化荷载贡献的问题,以某Ⅳ级围岩深埋大断面公路隧道为工程背景,基于强度折减法开展围岩变形破坏全过程数值分析,结合最大剪应变、总位移、塑性区及最小主应力等多场信息揭示围岩稳定性演化特征。在此基础上,选取总位移绝对值、最大剪应变及点安全系数为敏感特征,采用K-means++无监督聚类算法构建围岩稳定安全4色分区,构建考虑分区厚度及安全系数修正系数的围岩压力估值方法,实现由围岩变形破坏空间分区向围岩压力定量估值的转换。结果表明:采用K-means++算法可实现隧道围岩稳定安全4色分区,并在此基础上建立基于稳定安全分区的围岩压力估值方法,该方法通过分区厚度及安全系数修正系数表征不同分区对围岩压力的差异化贡献,能够较好反映围岩稳定性劣化及低稳定区扩展对压力增长的控制作用;规范法计算围岩压力为212.64 k Pa,分区估值法计算结果为79.20~666.03 k Pa,基于有限元数值试验得到的衬砌围岩压力为495.80~737.30 k Pa;相较于规范法,分区估值法更能反映深埋大断面隧洞围岩渐进破坏、空间分异及差异化荷载贡献特征,并在中高折减系数阶段与有限元结果表现出较好的接近性。研究方法能够较好地表征围岩稳定性劣化与分区差异对围岩压力形成的控制作用,可为深埋大断面隧洞围岩压力精细化取值及支护结构优化设计提供一定的参考。