[發(fā)明專利]一種黏質(zhì)黃土隧道開挖模擬參數(shù)賦值方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910587958.8
• 申請(qǐng)日: 2019-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN110348098B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊儒;馮冀蒙;姚大闖;隗志遠(yuǎn);張樹發(fā);邵正輝;茍新茗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵四局集團(tuán)有限公司;西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發(fā)明公開一種黏質(zhì)黃土隧道開挖模擬參數(shù)賦值方法，考慮了應(yīng)力水平對(duì)本構(gòu)模型中彈性模量參數(shù)的影響，首先基于室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)，計(jì)算不同垂直壓力P下垂直壓應(yīng)變值，利用對(duì)數(shù)函數(shù)擬合垂直壓應(yīng)?壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合曲線斜率的倒數(shù)即壓縮模量；計(jì)算彈性模量，并建立彈性模量E與壓力P的函數(shù)表達(dá)式；結(jié)合不同埋深隧道的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，對(duì)上述表達(dá)式中的系數(shù)項(xiàng)k進(jìn)行試算，確定較為準(zhǔn)確的系數(shù)值；基于較核后的E?P函數(shù)表達(dá)式，利用FLAC數(shù)值軟件中FISH語言的z_prop函數(shù)對(duì)所有單元進(jìn)行參數(shù)賦值。本發(fā)明考慮了隧道開挖數(shù)值模擬中應(yīng)力水平對(duì)巖土彈性模量參數(shù)的影響，一定程度上完善了目前巖土工程數(shù)值計(jì)算方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道工程及巖土工程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種黏質(zhì)黃土隧道開挖模擬參數(shù)賦值方法。

背景技術(shù)

我國(guó)西北和華北地區(qū)被大面積黃土地層覆蓋，隨著近年來交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，黃土地區(qū)興建了大量公路、鐵路隧道。黃土具有濕陷性、垂直節(jié)理、大孔隙等特點(diǎn)，導(dǎo)致在黃土地層開挖隧道時(shí)，黃土易發(fā)生遇水軟化，產(chǎn)生濕陷性或膨脹性，隧道開挖后往往會(huì)出現(xiàn)圍巖大變形、初期支護(hù)破壞甚至隧道塌方等現(xiàn)象。

目前新建黃土隧道的方法都是采用工程類比法和經(jīng)驗(yàn)法，然而通過施工實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證，理論研究總落后于工程實(shí)踐。面對(duì)以后越來越多的黃土隧道的修建，黃土隧道坍塌、大變形等災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成重大威脅，因此正確預(yù)測(cè)隧道變形，構(gòu)建合理的黃土隧道變形預(yù)測(cè)模型，對(duì)于分析隧道開挖變形規(guī)律，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保隧道穩(wěn)定性和施工安全性具有十分重要的現(xiàn)實(shí)工程意義、社會(huì)意義。

數(shù)值計(jì)算是在預(yù)測(cè)隧道開挖后土體變形和沉降規(guī)律上廣泛應(yīng)用的一種分析方法。進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，除了選擇合適的計(jì)算軟件和本構(gòu)模型，選取合適的巖土體材料特性參數(shù)對(duì)數(shù)值分析結(jié)果的準(zhǔn)確性也尤為重要。然而，目前從巖土勘察報(bào)告中獲取的巖土材料參數(shù)一般是一個(gè)平均意義上的數(shù)值，不能反應(yīng)地表埋深、應(yīng)力水平的影響，采用常規(guī)本構(gòu)模型進(jìn)行隧道開挖模擬時(shí)，用戶希望材料的模量能夠反應(yīng)小主應(yīng)力的影響，即建立材料模量與應(yīng)力水平的函數(shù)關(guān)系。通過采用適宜的更接近土體實(shí)際的模量參數(shù)可以更有效的模擬實(shí)際工況，保證隧道施工安全，節(jié)省工程造價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)較為準(zhǔn)確的巖土體數(shù)值模擬計(jì)算的考慮應(yīng)力水平對(duì)彈模影響的黏質(zhì)黃土隧道開挖模擬參數(shù)賦值方法。技術(shù)方案如下：

一種黏質(zhì)黃土隧道開挖模擬參數(shù)賦值方法，包括以下步驟：

步驟1：基于室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)，計(jì)算不同垂直壓力P下垂直壓應(yīng)變?chǔ)胖担脤?duì)數(shù)函數(shù)擬合ε_i-P_i試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合曲線斜率的倒數(shù)即壓縮模量E_s；利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算彈性模量E，構(gòu)建E與壓力P的函數(shù)表達(dá)式；

步驟2：對(duì)比分析隧道開挖現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)上步得到的E-P函數(shù)表達(dá)式系數(shù)項(xiàng)進(jìn)行試算，確定較為準(zhǔn)確的系數(shù)值；

步驟3：進(jìn)行材料參數(shù)賦值。

進(jìn)一步的，所述步驟1具體包括：

步驟11：對(duì)固結(jié)試驗(yàn)得到的ε_i-P_i數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，下標(biāo)i表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；擬合曲線包括線性擬合段和非線性擬合段，擬合公式為：

壓力范圍內(nèi)為0～400kPa的線性擬合段：ε＝a₁+b₁P

壓力范圍內(nèi)為大于400kPa的非線性擬合段：ε＝a₂+b₂lnP

式中，P為垂直壓力，ε為垂直應(yīng)變值，a₁、a₂、b₁和b₂為擬合系數(shù)；