[發明專利]基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法

有效

• 申請號: 202110014402.7
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112818442B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 沈才華;郭金勇;朱磊;于洪亮;李東彪
• 申請（專利權）人: 河海大學;中交隧橋（南京）技術有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安;喬煒

1.一種基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據隧道圍巖力學參數的實測統計分析，獲得需要分析力學參數的截斷式正態分布函數；

(2)建立隧道開挖過程模擬的有限元模型，根據圍巖力學參數空間隨機分布特征，對有限元模型劃分單元，將圍巖巖體離散成多個單元，然后根據巖體力學性質劃分類別，同類巖體采用同一力學參數，確定對應力學參數的單元的類型數，將有限元力學參數按照隨機分布函數對每一個單元進行隨機賦值來獲得圍巖空間變異分布的有限元模型；每次賦值計算出圍巖洞壁處或圍巖內任意某點對應的位移值；

(3)把每次計算的洞壁處某點對應的位移值進行統計，獲得該點處考慮圍巖空間隨機分布的位移統計規律，結合可靠度理論獲得位移值的概率密度函數和累計概率密度函數；把位移值中最大位移值與最小位移值的差值作為隧道差異變形最大值，根據可靠度控制要求，計算累計概率為P₁對應的位移值w₁與累計概率為P₂對應的位移值w₂的差值，并將差值作為隧道差異變形的概率設計值；

(4)改變力學參數標準差的值，在每個標準差工況下，通過多次賦值得到考慮圍巖空間隨機分布的位移統計規律，進而得到不同標準差下的隧道差異變形的概率設計值，根據標準差和位移累計概率密度函數得到隧道差異變形的概率設計值-標準差函數，從而實現考慮圍巖空間變異性的隧道差異變形可靠度設計。

2.根據權利要求1所述基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于：所述隧道開挖過程模擬的有限元模型采用EDP本構模型進行有限元數值模擬分析，屈服準則采用Drucker-Prager準則。

3.根據權利要求2所述基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于：所述Drucker-Prager準則表達式如下：

式中：q為EDP模型的等效應力，為材料的屈服應力，σ_m為靜水壓力；

把兩個不常見的力學參數壓力敏感參數α和材料屈服應力σ_y與粘聚力和內摩擦角相聯系，得到相互轉換關系

實現了采用EDP材料模型模擬圍巖塑性破壞過程；

式中c為巖土體粘聚力，ψ為內摩擦角。

4.根據權利要求1所述基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于：所述力學參數的截斷式正態分布的概率密度函數公式如下：

其中，E_i、a、b分別表示滿足截斷式正態分布的斷面K上任意的點i的力學參數設計值、斷面K上各點i的力學參數平均值、標準差、下限和上限；φ(·)是均值為0，方差為1的標準正態分布的概率密度函數，Φ(·)為標準正態分布的累積分布函數，

5.根據權利要求1所述基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于：對每一個單元進行賦值的原則為使得分析區域內圍巖單元總數里面各種類型的單元數量符合實際統計的擬合隨機分布函數。

6.根據權利要求1所述基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于：以累計概率為95％對應的位移值w₁與累計概率為5％對應的位移值w₂的差值作為隧道差異變形的可靠度0.9的概率設計值。

7.根據權利要求1所述基于圍巖空間變異性的隧道軸向差異變形設計值確定方法，其特征在于：保持累計概率P₂對應的位移概率下限值w₂不變，改變累計概率P₁對應的位移概率上限值w₁，并以w₁與w₂的差值作為隧道差異變形的可靠度P₁-P₂的概率設計值。