地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法

本发明涉及地下洞室设计，具体地指一种地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法。

背景技术：

1、预应力锚索采取预应力方法把锚索锚固在岩体内部的索状支架，用于加固边坡。锚索靠锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。预应力锚索属于主动支护系统，是地下洞室群深层支护的主要手段，大型地下洞室锚索支护系统是洞室开挖支护设计的主要内容之一，也与洞室围岩稳定有着密切的关系。

2、如何对预应力锚索锚固关键参数进行设计和优化，关系着能否充分、有效地发挥预应力锚索对控制围岩稳定和抑制变形的作用。

3、目前相关的规程规范及工程经验，通常根据洞室围岩特性和洞室参数，采用工程类比法，拟定地下厂房主要洞室预应力锚索支护参数。工程类比设计法通常包括直接对比法和间接类比法。其中，直接对比法是将设计工程的岩体强度及完整性、洞室埋深、地应力、洞室形状和规模等方面因素与上述条件基本相同或类似的已建工程进行对比，由此确定预应力锚杆支护参数；间接类比法根据现行锚喷技术规范，按围岩基本分类和洞室规模确定设计工程的预应力锚杆支护参数。

4、由此可见，现有技术中对预应力锚索锚固关键参数的设计停留在经验(规范)层次上，不能科学、便捷地选取锚固关键参数。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明提出一种地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，能够科学、便捷地选取锚固关键参数，提高地下洞室群的整体稳定性，具有指标明确、易于实施的特点。

2、为达到上述目的，本发明所设计一种地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

3、s1)选取预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值作为地下洞室群预应力锚索锚固关键参数，并对预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值进行不同的锚固关键参数组合；

4、s2)建立地下洞室群结构的三维数值模型，并计算不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值；

5、s3)构建关键部位位移值与预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值之间的函数关系，获得锚固区域关键部位位移值函数d，d＝f(l，a，p)，其中l为预应力锚索长度，a为锚索加固面积，p为锚索预应力量值；

6、s4)根据关键部位位移值函数d，构建锚固效果函数m，其中di为单组参数组合对应的关键部位位移值，dmax为关键部位位移值在取值范围内的最大值，m值越大则锚固效果越好；

7、s5)将不同锚固关键参数组合代入锚固效果函数m进行比选，m取值最大的参数组合即为优选关键参数组合。

8、进一步地，s1)中，所述锚索加固面积为锚索间距与锚索排距之间的乘积。

9、更进一步地，s1)中，分别在预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值的取值范围内进行不同的锚固关键参数组合，所述关键参数组合采用正交试验设计方法确定。

10、进一步地，s1)中，所述预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值的取值范围由地质条件和施工工艺确定。

11、进一步地，s2)中，采用flac3d有限差分软件计算不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值；或者采用abaqus有限元分析软件计算不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值。

12、更进一步地，s2)中，所述地下洞室群结构包括从上游至下游依次布置的主厂房、主变室和尾调室，所述主厂房跨度为25～35m，埋深在200～600m之间。

13、进一步地，s3)中，所述关键部位位移值函数d＝f(l，a，p)中的自变量l，a，p分别为单组参数组合i的预应力锚索长度li、锚索加固面积ai、锚索预应力量值pi与关键部位位移值在取值范围内最大值对应的预应力锚索长度ldmax、锚索加固面积admax、锚索预应力量值pdmax的比值。

14、更进一步地，s3)中，所述关键部位位移值函数d采用多元线性回归分析方法对模型计算采集到的数据进行拟合分析，得到如下形式的多项式曲线表达式

15、d＝aln(10l)+bln(10a)+cln(10p)+d

16、式中，

17、a、b、c、d分别为拟合系数，

18、l为单组参数组合i的预应力锚索长度li与关键部位位移值在取值范围内最大值对应的预应力锚索长度ldmax的比值，

19、a为单组参数组合i的锚索加固面积ai与关键部位位移值在取值范围内最大值对应的锚索加固面积admax的比值，

20、p为单组参数组合i的锚索预应力量值pi与关键部位位移值在取值范围内最大值对应的锚索预应力量值pdmax的比值，

21、d为关键部位位移值。

22、本发明的优点在于：

23、1、本发明首先选取预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值这三个参数作为锚固关键参数，然后计算得到不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值，构建锚固区域关键部位位移值函数表达式，根据关键部位位移值函数表达式构建锚固效果函数表达式，最后根据锚固效果函数优化设计关键参数组合；

24、2、本发明能够科学、便捷地选取锚固关键参数，提高地下洞室群的整体稳定性，具有指标明确、易于实施的特点；

25、本发明地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，通过构建的锚固效果函数科学、便捷地选取锚固关键参数，提高地下洞室群的整体稳定性，具有指标明确、易于实施的特点。

技术特征：

1.一种地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s1)中，所述锚索加固面积为锚索间距(9)与锚索排距(10)之间的乘积。

3.根据权利要求2所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s1)中，分别在预应力锚索(8)长度、锚索加固面积、锚索预应力量值的取值范围内进行不同的锚固关键参数组合，所述关键参数组合采用正交试验设计方法确定。

4.根据权利要求3所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s1)中，所述预应力锚索(8)长度、锚索加固面积、锚索预应力量值的取值范围由地质条件和施工工艺确定。

5.根据权利要求1所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s2)中，采用flac3d有限差分软件计算不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值；或者采用abaqus有限元分析软件计算不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值。

6.根据权利要求5所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s2)中，所述地下洞室群结构包括从上游至下游依次布置的主厂房(2)、主变室(4)和尾调室(6)，所述主厂房(2)跨度为25～35m，埋深在200～600m之间。

7.根据权利要求1所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s3)中，所述关键部位位移值函数d＝f(l，a，p)中的自变量l，a，p分别为单组参数组合i的预应力锚索(8)长度li、锚索加固面积ai、锚索预应力量值pi与关键部位位移值在取值范围内最大值对应的预应力锚索(8)长度ldmax、锚索加固面积admax、锚索预应力量值pdmax的比值。

8.根据权利要求7所述的地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法，其特征在于：s3)中，所述关键部位位移值函数d采用多元线性回归分析方法对模型计算采集到的数据进行拟合分析，得到如下形式的多项式曲线表达式

技术总结
本发明公开了一种地下洞室群预应力锚索锚固关键参数设计方法。它包括如下步骤：选取预应力锚索长度、锚索加固面积、锚索预应力量值作为地下洞室群预应力锚索锚固关键参数，并进行不同的锚固关键参数组合；建立地下洞室群结构的三维数值模型，并计算不同锚固关键参数组合对应的地下洞室群锚固区域关键部位位移值；构建锚固区域关键部位位移值函数D，根据关键部位位移值函数D，构建锚固效果函数M，将不同锚固关键参数组合代入锚固效果函数M进行比选，M取值最大的参数组合即为优选关键参数组合。本发明通过构建的锚固效果函数科学、便捷地选取锚固关键参数，提高地下洞室群的整体稳定性，具有指标明确、易于实施的特点。

技术研发人员：张练,黄书岭,丁秀丽,张雨霆,雷菁,韩钢,刘登学,何军,郁培阳,王祥祥
受保护的技术使用者：长江水利委员会长江科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15