[發明專利]一種雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法

在審

• 申請號: 202010963102.9
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112035939A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 柯文匯;朱紅西;陳健;易順;余焰春;吳吉武;徐平;孫斌;涂東東;鄒迪;李領;任華慶;高一鳴
• 申請（專利權）人: 武漢市市政建設集團有限公司;武漢市市政工程機械化施工有限公司;中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F111/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 周舒蒙

1.一種雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、建立雙側壁導坑隧道的巖土體的數值模型；

步驟二、確定表征待模擬巖土體參數空間變異性的概率模型和統計特征；

步驟三、確定待模擬場地信息，包括場地維度和尺寸；

步驟四、網格離散化待模擬場地；

步驟五、構建基于協方差矩陣分解法的隨機場模型；

步驟六、基于就近原則的參數隨機場模型到數值模型的映射；

步驟七、完成雙側壁導坑隧道的隨機場建模。

2.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟二中，巖土體參數概率模型和統計特征是指均值、方差、變異系數、概率分布類型、自相關函數、水平自相關距離和豎向自相關距離。

3.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟三中，二維隨機場的待模擬場地為為矩形或正方形，三維隨機場的待模擬場地為長方體或正方體。

4.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟三中，待模擬場地為非規則形狀時進行規整化處理，具體處理方法為：選擇非規則場地的最長長度所在的方向作為二維或三維直角坐標系中的任意一個主軸，最長長度值即為規整化場地的長度；然后確定非規則場地在其余坐標系主軸上的長度值。

5.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟四中，網格化離散的方法為：是指采用規則排列的相同尺寸網格單元對待模擬場地進行離散化。二維隨機場的待模擬場地采用四邊形單元進行網格化離散，三維隨機場的待模擬場地采用六面體單元進行網格化離散，并對離散后的網格單元進行編號。

6.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟五中，協方差矩陣分解法通過構建協方差矩陣來實現參數自相關隨機場的模擬，假設x_i和x_j(i,j＝1,2,…,n)為隨機場中的離散點，τ_ij為任意兩點x_i和x_j之間的相對距離，C為n個點之間的協方差所組成的n階協方差矩陣，該矩陣為一正定對稱矩陣，矩陣C任一元素中C_ij表示x_i和x_j之間的協方差，C_ij＝C(τ_ij)。對協方差矩陣C進行Cholesky分解得到上三角、下三角矩陣：

C＝LU＝LL^T (1)；

式中：L為下三角矩陣，U為上三角矩陣，L^T為矩陣L的轉置；Y為由n個相互獨立且服從標準正態分布的隨機數所組成的列向量，則n階隨機場矩陣Z可以表示為：

Z＝LY (2)；

式中：隨機場矩陣Z中任意點Z_ij服從標準正態分布，且協方差矩陣E(ZZ^T)＝E(LYY^TL^T)＝E(LL^T)＝C，滿足相關性要求，因此矩陣Z可以作為隨機場的一次實現。

7.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟六中，映射方法具體為：根據隨機場模型網格的空間坐標和數值模型網格空間坐標的位置關系，基于就近原則編寫網格搜索程序，使得隨機場網格和數值模型網格能夠一一對應，從而實現了隨機場模型網格到數值模型網格之間的映射。

8.如權利要求1所述的雙側壁導坑隧道的巖土體參數隨機場建模方法，其特征在于，在步驟七中，參數隨機場導入數值模型后，按照隧道開挖順序在數值模型中完成雙側壁導坑隧道的施工過程，實現雙側壁導坑隧道的隨機場建模。