Método analítico para el diseño de parámetros de soporte de túneles basado en la identificación del modo de fallo de la roca circundante
Autores: Wang, Lantian; He, Peng; Ma, Zhenghu; Liu, Ning; Yang, Chuanxin; Gao, Yaohui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Método analítico para el diseño de parámetros de soporte de túneles basado en la identificación del modo de fallo de la roca circundante
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Identificación
Modos de fallo de rocas
Sistemas de soporte
Esquema de clasificación
Método de convergencia-confinamiento
Estrategias de refuerzo
Licencia
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Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Identificar con precisión los modos de fallo de la roca circundante y diseñar sistemas de soporte adecuados son críticos para la seguridad de la ingeniería en el subsuelo y en espacios subterráneos. Desarrollamos un esquema de clasificación graduada basado en la relación entre la resistencia de la roca y la tensión, así como en el Factor de Reducción de Tensión (SRF) para cuantificar los tipos de fallo y guiar el diseño del soporte. Dentro del marco del método de convergencia-confinamiento (CCM), establecemos modelos analíticos para el hormigón proyectado, anclajes de roca, arcos de acero y sistemas de soporte compuestos, lo que permite cálculos parametrizados de rigidez, capacidad de carga y condiciones de equilibrio. Realizamos análisis de sensibilidad de un solo factor para revelar cómo el Índice de Resistencia Geológica (GSI), la profundidad de enterramiento y el radio equivalente del túnel gobiernan la evolución de la presión y deformación de la roca circundante. Proponemos estrategias de refuerzo específicas que abordan inestabilidades de gran deformación y alta tensión en la práctica al vincular los modos de fallo observados o predichos a esquemas de soporte específicos. Un estudio de caso de gran deformación verifica que el método de diseño parametrizado propuesto predice con precisión la presión de soporte en equilibrio y la deformación radial, y el esquema de soporte diseñado reduce notablemente la convergencia. En consecuencia, este estudio proporciona una herramienta práctica para el diseño de parámetros de soporte en túneles y una plataforma analítica para la toma de decisiones segura, confiable y eficiente para el soporte inicial.
Descripción
Identificar con precisión los modos de fallo de la roca circundante y diseñar sistemas de soporte adecuados son críticos para la seguridad de la ingeniería en el subsuelo y en espacios subterráneos. Desarrollamos un esquema de clasificación graduada basado en la relación entre la resistencia de la roca y la tensión, así como en el Factor de Reducción de Tensión (SRF) para cuantificar los tipos de fallo y guiar el diseño del soporte. Dentro del marco del método de convergencia-confinamiento (CCM), establecemos modelos analíticos para el hormigón proyectado, anclajes de roca, arcos de acero y sistemas de soporte compuestos, lo que permite cálculos parametrizados de rigidez, capacidad de carga y condiciones de equilibrio. Realizamos análisis de sensibilidad de un solo factor para revelar cómo el Índice de Resistencia Geológica (GSI), la profundidad de enterramiento y el radio equivalente del túnel gobiernan la evolución de la presión y deformación de la roca circundante. Proponemos estrategias de refuerzo específicas que abordan inestabilidades de gran deformación y alta tensión en la práctica al vincular los modos de fallo observados o predichos a esquemas de soporte específicos. Un estudio de caso de gran deformación verifica que el método de diseño parametrizado propuesto predice con precisión la presión de soporte en equilibrio y la deformación radial, y el esquema de soporte diseñado reduce notablemente la convergencia. En consecuencia, este estudio proporciona una herramienta práctica para el diseño de parámetros de soporte en túneles y una plataforma analítica para la toma de decisiones segura, confiable y eficiente para el soporte inicial.