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龙图腾网获悉同济大学申请的专利一种考虑岩体三维强度的深埋隧道支护时机快速确定方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115952661B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-25发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211652039.2，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权一种考虑岩体三维强度的深埋隧道支护时机快速确定方法是由蔡武强;朱合华;徐金峰;梁文灏;武威;苏辰龙;马耀财;卫向阳设计研发完成，并于2022-12-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种考虑岩体三维强度的深埋隧道支护时机快速确定方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种考虑岩体三维强度的深埋隧道支护时机快速确定方法，包括：基于隧道工程现场地质探测、开挖面岩体参数数字化原位测试与分析，实时获取并动态更新隧道开挖面岩体原位力学参数与工程参数，并确定岩体强度参数；基于岩体原位力学参数、工程参数和岩体强度参数，建立考虑岩体三维强度和纵轴向应力的隧道三维弹塑性力学解析模型，求解围岩最大变形及塑性区半径；基于围岩最大变形及塑性区半径，确定考虑岩体三维强度和纵轴向应力的隧道纵向围岩变形曲线方程；基于隧道围岩变形稳定指标和隧道纵向围岩变形曲线方程，确定初衬、二衬支护时机，并指导施工掘进速率。与现有技术相比，本发明具有计算快速、考虑因素全等优点。

本发明授权一种考虑岩体三维强度的深埋隧道支护时机快速确定方法在权利要求书中公布了：1.一种考虑岩体三维强度的深埋隧道支护时机快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1基于隧道工程现场地质探测、开挖面岩体参数数字化原位测试与分析，实时获取并动态更新隧道开挖面岩体原位力学参数与工程参数，并基于岩体原位力学参数确定岩体强度参数； 步骤2基于岩体原位力学参数、工程参数和岩体强度参数，建立考虑岩体三维强度和纵轴向应力的隧道三维弹塑性力学解析模型，求解围岩最大变形及塑性区半径； 步骤3基于围岩最大变形及塑性区半径，确定考虑岩体三维强度和纵轴向应力的隧道纵向围岩变形曲线方程； 步骤4基于隧道围岩变形稳定指标和隧道纵向围岩变形曲线方程，确定初衬、二衬支护时机，并指导施工掘进速率； 其中，所述步骤2包括以下步骤： 步骤2-1基于考虑岩体三维强度和纵轴向应力的隧道三维弹塑性力学解析模型，求解弹性与塑性区域边界处径向应力，按照塑性区径向应力进行等分成N个圆环，每个圆环的内外径向应力之差为常数，即等差径向应力为： 其中，σr是径向应力，σep是弹塑性边界径向应力，pi是洞室支护反力，N是圆环的个数，根据计算精度确定，N越大，分割圆环越多，计算结果越精确；r是指岩体单元至隧道圆心的距离； 弹塑性边界为第1个圆环外边界，即r0=Rep，Rep是塑性区半径；在洞壁处，rN=R0，R0是洞室开挖半径； 在弹塑性界面处，应力应同时满足弹性区应力方程和屈服准则，则围岩弹塑性边界处的围岩应力与应变分量初始值为： 其中，σθ是周向应力，σz是轴向应力，εθ是环向应变，εz是轴向应变，εr是径向应变，下标0表示初始值，p是原岩应力，q是面外轴向应力，是剪切模量； 步骤2-2强度准则采用考虑中间主应力的光滑GZZ三维强度屈服准则，在弹塑性边界处有： 或者采用： 式中，I1，J2和J3分别为第一应力不变量，偏应力第二不变量和偏应力第三不变量，i=1,2,3…N，mb，s，a是岩体强度参数，为岩石单轴抗压强度，； 采用光滑GZZ准则时，围岩屈服特性与主应力的大小顺序无关，面外轴向应力σz可为任一主应力； 考虑岩体强度参数GSI的弱化，初始GSI被认为是峰值GSIp，塑性内变量最重要的参数是塑性剪应变，其中，是最大塑性应变，是最小塑性应变，则假设GSI随γp存在如下所示的线性软化关系： 式中，是最大塑性剪应变，塑性剪应变，GSIr为峰值GSI，GSIr为残余GSI： 考虑纵轴向应力的补充方程： 式中，β=1，指的是Lode角，指的是z方向偏应力，是非关联流动系数， ； Z方向的偏应力； 求解考虑纵轴向应力的补充方程以及强度准则，得到塑性区域每环中三向应力表达式； 步骤2-3确定围岩位移的表达式： 平衡方程的差分形式为： 由于是未知数，则采用代替，由和可知，，，将上式改写成： 其中，ρ是密度； 基于步骤2-1计算得到的，求出： 引入变换式： 其中，ur是径向位移； 则几何方程表示为： 由非关联塑性流动法得： 其中，λ是塑性流动参数，是径向弹性应变，是径向塑性应变，是环向弹性应变，是环向塑性应变； 代入几何方程得： 将变换式和几何方程代入上式，采用差分代替微分，化简得到第i环岩体应满足的微分方程为： 式中，，为已知量；，ψ是剪胀角； 和由增量胡克定律求得： 其中，E是弹性模量，ν是泊松比； 所述微分方程的边界条件为： 将ρ=ρi代入，满足边界条件的微分方程的解为： 式中，Ai，Bi，Ci均为已知量，通过下式求得： 式中，在弹塑性边界处，，则通过边界条件得到εri和εθi； 通过N次计算后，求得洞壁处的ρN和塑性区半径Rep=R0ρN；再由ri=ρiRep和求得ri和uri； 步骤2-4确定围岩塑性范围半径表达式： R ep=r0ρN r i=Repρi u ri=–εθiri 并逐步求解支护压力为0时的最大围岩变形、最大围岩塑性区半径、每层环向应变与径向应力。

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