[發(fā)明專利]一種基于結(jié)構(gòu)收斂變形的內(nèi)力與圍壓計算方法

有效

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• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109543283B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 仇文革;高剛剛;程云建
• 申請（專利權(quán)）人: 成都天佑智隧科技有限公司;仇文革
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50225
• 代理人: 孫人鵬

本發(fā)明涉及一種基于結(jié)構(gòu)收斂變形的內(nèi)力與圍壓計算方法，屬于隧道與地下工程信息化領(lǐng)域。其方法為：在隧道內(nèi)按照監(jiān)測方案架設(shè)掃描儀和全站儀；對初支結(jié)構(gòu)進(jìn)行收斂變形數(shù)據(jù)的采集；應(yīng)用三維數(shù)據(jù)處理軟件，將掃描所得的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過配準(zhǔn)步驟生成三維幾何模型；將三維幾何模型導(dǎo)入到數(shù)值計算軟件中；根據(jù)精度要求，進(jìn)行網(wǎng)格劃分和定義材料參數(shù)；本發(fā)明為評價隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和測量圍壓分布提供了一種方便易行的方法，積極推動了隧道的信息化、智能化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道及地下工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于結(jié)構(gòu)收斂變形的內(nèi)力與圍壓計算方法。

背景技術(shù)

在隧道工程中，應(yīng)變片常用于測量結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)力應(yīng)變，但是這種測量方式只能測得一點的應(yīng)力應(yīng)變，無法測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變，而且只能進(jìn)行小變形測量；壓力盒常用于測量支護(hù)結(jié)構(gòu)受到的圍巖壓力，但是這種方法也只能測得一點的圍巖壓力，而且安裝和試驗過程比較麻煩、費時；收斂計常用于測量支護(hù)表面位移，多點位移計常用于測量圍巖內(nèi)部位移。以上傳統(tǒng)測量方式都是點式、接觸式測量，要想得到全斷面的變形和圍壓分布，必須提高測點密度，但是這樣一來會提高成本，還會影響施工進(jìn)度，工程應(yīng)用不便。三維激光掃描技術(shù)是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命，相對于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，它對工作環(huán)境要求較低，即使在惡劣的無光條件下也能夠提供高精度和高密度的主動測量數(shù)據(jù)。相對于傳統(tǒng)測量方式的點測量，三維激光掃描測量技術(shù)是一種全息、非接觸的測量方式。本發(fā)明運用三維激光掃描技術(shù)獲得了結(jié)構(gòu)的收斂變形數(shù)據(jù)。

目前，隧道工程領(lǐng)域也采用了這項技術(shù)。通過三維激光掃描技術(shù)可以采集隧道初支結(jié)構(gòu)的收斂變形數(shù)據(jù)，已經(jīng)有人將該數(shù)據(jù)進(jìn)行了開發(fā)，通過結(jié)構(gòu)的變形(位移)穩(wěn)定性進(jìn)行施工安全監(jiān)測，但僅局限于變形(位移)這個角度，本發(fā)明通過內(nèi)力(承載力)的角度來評價結(jié)構(gòu)的安全性，通過位移值進(jìn)行安全預(yù)警是依靠的施工經(jīng)驗，而內(nèi)力值(承載力)是定量的，嚴(yán)格來說，這樣更科學(xué)，嚴(yán)謹(jǐn)。

目前，在隧道工程中，規(guī)范中的荷載-結(jié)構(gòu)模型采用力加載法求解，其荷載是通過理論公式計算得出，但是該理論公式計算的荷載與支護(hù)結(jié)構(gòu)受到的實際荷載是不同的，所以按照傳統(tǒng)的方法計算隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進(jìn)行評價結(jié)構(gòu)的安全性還是爭議頗大。而本發(fā)明是基于現(xiàn)場實測結(jié)構(gòu)的收斂變形數(shù)據(jù)設(shè)置的位移邊界條件，也就是位移加載法求解。與傳統(tǒng)的力加載法相比，本方法反映了現(xiàn)場的實際施工情況，更能體現(xiàn)“新奧法”的精髓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于結(jié)構(gòu)收斂變形的內(nèi)力與圍壓計算方法，具體技術(shù)方案如下：

一種基于結(jié)構(gòu)收斂變形的內(nèi)力與圍壓計算方法，其特征在于：

采用以下步驟，

步驟1：在剛開挖的隧道內(nèi)架設(shè)三維激光掃描儀和全站儀，將三維激光掃描儀和全站儀進(jìn)行開機，在隧道內(nèi)架設(shè)標(biāo)靶，調(diào)平三維激光掃描儀與全站儀；

步驟2：使用后方交會的方法復(fù)核已知點，同時用復(fù)核后的全站儀測量標(biāo)靶中心；

步驟3：使用三維激光掃描儀對設(shè)置的標(biāo)靶進(jìn)行掃描，同時用三維激光掃描儀對隧道進(jìn)行全景掃描；

步驟4：按以上步驟在剛施作完支護(hù)到結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定期間按照設(shè)定的采集頻率采集隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維點云數(shù)據(jù)，將每次采集到的標(biāo)靶點的大地坐標(biāo)和三維點云數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中；

步驟5：將掃描到的三維點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系之中；

步驟6：根據(jù)現(xiàn)場的施工情況，利用三維建模軟件建立基于現(xiàn)場的支護(hù)結(jié)構(gòu)三維模型；

步驟7：將三維模型導(dǎo)入到數(shù)值計算軟件中；

步驟8：根據(jù)精度要求，對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和定義材料參數(shù)；

步驟9：利用基于Python編程語言自主開發(fā)的程序?qū)θS點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到位移載荷數(shù)據(jù)；