具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请提供的一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，可以应用于如图1所示的场景模型图中。其中，1-塌落区；2-矩形隧道；3-圆形隧道；L_u-隧道半开挖临界宽度，即为隧道半开挖的极限值范围；L-隧道实际半开挖宽度，在下文中应为预设值；h为坍塌区高度；xoy为如图所示建立坐标系；f(x)为隧道顶部坍塌曲线；H为隧道埋深，(此处代表矩形隧道埋深)。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种浅埋盾构隧道顶板稳定性判断方法，包括以下步骤：

S110根据预设条件，确定盾构围岩具体的参数，并预设隧道半开挖宽度的值为预设值，参数包括岩体单轴抗压强度、岩体单轴抗拉强度和岩体容重。

具体地，预设条件则是通过施工图纸等资料，确定盾构围岩的具体参数，包括岩体单轴抗压强度σ_c，岩体单轴抗拉强度σ_t，岩体容重γ。

S120根据参数，建立摩尔强度包络线的表达式。

在一个实施例中，步骤S120中的摩尔强度包络线的表达式，具体为：

τ²＝n(σ+σ_t)； (1)

其中，τ表示岩土体的抗剪强度剪应力，σ为正应力，σ_t为岩体单轴抗拉强度，n为系数，n的表达式如下所示：

其中，σ_c为岩体单轴抗压强度。

S130根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，进一步建立隧道半开挖宽度的表达式。

在一个实施例中，步骤S130具体为：根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式；基于极限分析原理，根据广义霍克布朗准则的剪强度表达式，建立隧道半开挖宽度的表达式。

在一个实施例中，步骤S130中的广义霍克布朗准则的剪强度表达式，具体为：

τ＝±Aσ_c[(σ_t+σ)σ_c ^-1]^B； (3)

其中，A，B分别为霍克布朗参数。

在一个实施例中，步骤S130中的隧道半开挖宽度的表达式，具体为：

L_u＝AB^-B(1+B)^B(γ)^-1σ_c ^1-Bσ_t ^B； (4)

其中，L_u为隧道半开挖临界宽度，即极限值范围，γ为岩体容重。

具体地，根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，再根据广义霍克布朗准则的剪强度表达式进行验算，可以得到隧道半开挖宽度的表达式。

S140基于摩尔强度包络线的表达式和广义霍克布朗准则的剪强度表达式，根据隧道半开挖宽度的表达式，确定隧道半开挖宽度的极限值范围。

在一个实施例中，根据表达式(1)和表达式(3)，可到B＝0.5，故表达式(4)为：

其中，γ＝ρg，ρ为密度，g重力加速度。

在一个实施例中，当B＝0.5时，将表达式(1)和表达式(3)同时平方，可得：

在表达式(6)的基础上，并结合表达式(5)可得隧道半开挖的极限值范围为：

其中，γ＝ρg，ρ为密度，g重力加速度。具体地，基于摩尔强度包络线的表达式和广义霍克布朗准则的剪强度表达式，先得到摩尔强度包络线实际B＝0.5，因而代入B＝0.5可以简化隧道半开挖宽度的表达式。然后再根据摩尔强度包络线的表达式和广义霍克布朗准则的剪强度表达式进行两边平方，进而联合，再结合上简化后的隧道半开挖宽度的表达式，最终得到无需计算霍克布朗参数的隧道半开挖宽度的表达式，最终即可根据参数计算出隧道半开挖宽度的极限值范围。

S150将隧道半开挖宽度的预设值与隧道半开挖宽度的极限值范围进行比较，当预设值属于极限值范围内，则认定隧道顶板稳定。

具体地，预设值属于极限值范围内，则是预设值对应的隧道是稳定的，不会坍塌。

在一个实施例中，步骤S150之后，还包括：当预设值超出极限值范围时，重新设置隧道半开挖宽度的预设值，使得预设值属于极限值范围内。具体地，对于预设值超出极限值范围的，就需要重新设置预设值，极限值范围即对本范围内的隧道半开挖宽度对应的隧道为稳定的，不会坍塌，超出则是对应隧道不稳定，有可能坍塌。

在一个实施例中，如图1中所示，其岩体单轴抗压强度0.5MPa，岩体单轴抗拉强度0.06MPa，岩体容重γ为26kN/m³。那么根据表达式(7)，可以确定隧道半开挖极限宽度为6.71m，则其极限值范围则是<6.71m。基于同样的参数设置，采用ANSYS数值模型计算所得半开挖宽度极限值，其塑性区最大值区域为6.59m；采用FLAC数值模型计算所得半开挖宽度极限值，其塑性区最大值区域为6.63m。可见本发明提供的方法的计算结果与现有成熟技术的可靠方法所得的结果相接近，表明本发明方法准确可行。

上述实施例中，通过根据预设条件，确定参数，并设定隧道半开挖宽度的预设值；基于参数，建立摩尔强度包络线的表达式，并根据极限分析原理，建立广义霍克布朗准则的剪强度表达式，并进一步建立隧道半开挖宽度的表达式，用于计算隧道半开挖宽度的极限值范围，结合各表达式和参数，确定隧道半开挖宽度的极限值范围；最终将预测值与极限值范围进行比较，若属于极限值范围内则认定隧道顶板稳定。根据严谨的数学公式推导，对浅埋盾构隧道的潜在坍塌判据式进行了求解，为预防隧道坍塌提供了精确参考，且提出了简便实用的浅埋隧道顶板极限宽度确定方法，让涉及的参数很容易确定。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。