[發明專利]一種基于多尺度虛擬單元法的道床脫空形態識別方法

有效

• 申請號: 202110425359.3
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113255177B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 金浩;鄭軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;G06F30/13;G06F30/15
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發明公開了一種基于多尺度虛擬單元法的道床脫空形態識別方法，屬于地鐵結構健康監測領域。步驟包括：一、實測端布置，在道床表面布置應變傳感器，獲取對應測點處的應變值信息；二、模擬端布置，根據地鐵結構實際參數信息構建列車?軌道?隧道多尺度虛擬單元法?有限單元法耦合模型；三、脫空形態識別，模擬端的道床脫空區域進行模擬，通過實測端應變值數據對模擬結果進行優化，最終經過反復迭代模擬出道床剝離脫空沿隧道軸向的空間分布狀態、以及脫空形狀，相比于現有技術，本發明的基于多尺度虛擬單元法的道床脫空形態識別方法實現了對地鐵運營中的道床脫空形態的三維呈現，具有很大的應用前景。

技術領域

本發明屬于地鐵結構健康監測領域，更具體地說，涉及一種基于多尺度虛擬單元法的道床脫空形態識別方法。

背景技術

近年來，隨著軌道交通行業的發展，在各大城市中越來越多的地鐵已投入運營，伴隨著運營里程的增加，為保證行車安全，對地鐵隧道運行健康狀態的實時監測十分重要。

地鐵道床的脫空是整體道床常見病害之一，且脫空現象都位于道床底部，位置隱蔽，不易探測，通常的檢測方法有三種，一是利用超聲波或地質雷達無損監測的方法，但是此方法設備儀器昂貴且效果不佳；二是利用道床鉆芯取樣或者剖離嵌縫人工測量的方法，此方法雖直觀但是會對道床產生破壞；三是利用靜力水準儀直接測量有無荷載時道床沉降量與沒有剖離脫空的道床進行對比來推算剖離脫空，此方法可行但是只是作為推算是否存在道床剖離脫空的一種方法，受外界環境影響大；以上三種方法均無法有效進行道床脫空形態的識別檢測。

目前，有企業在隧道結構內部或表面設置加速度傳感器，利用加速度傳感器數據，進行道床脫空量評估，如中國專利公開號：CN 108226288 A，公開的一種地鐵隧道道床脫空量監測方法，就是用加速度傳感器獲得振動加速度，來判斷道床斷面的脫空量，但這種方法存在較大的局限性，該種方法只能監測一個斷面的道床脫空量，無法對道床脫空的三維分布狀態進行描述，與實際情況存在較大出入。

另，還有有沿道床表面上布設超聲波發射探頭以及超聲波接收探頭來向道床-隧道接合面發射超聲波來監測道床脫空，如中國專利公開號：CN 106770657 A，公開的一種用于地鐵隧道道床脫空的檢測方法，就是利用超聲波監測道床脫空，但該方法受混凝土結構內部鋼筋影響極大，無法準確測量脫空，僅能掌握道床脫空的大致形態，另外，該種方法需要人員在天窗期操作，無法做到全天候監測，效率不高。

發明內容

為了解決上述技術問題至少之一，根據本發明的一方面，提供了一種基于多尺度虛擬單元法的道床脫空形態識別方法，步驟如下：

一、實測端布置：

在道床上表面布置應變傳感器，獲取對應測點處的應變值；

二、模擬端布置：

a1、根據實測端列車參數信息，在模擬端構建列車模型；

a2、根據實測端軌道參數信息，在模擬端構建軌道模型；

a3、根據實測端軌道板、道床和隧道參數信息，在模擬端分別構建軌道板模型、道床模型和隧道模型；

a4、采用裂縫尖端應力-張開位移的內聚力斷裂本構模擬道床隧道交界面；

三、脫空形態識別：

b1、針對一處測點設定一組道床隧道交界面的初始參數值G1、G2、G3、N1、N2、N3、M1、M2和M3，其中，

G1為法向剛度，G2為軸向剛度，G3為環向剛度，N1為抗拉強度，N2為軸向抗剪強度，N3為環向抗剪強度，M1為Ⅰ型斷裂能，M2Ⅱ型斷裂能，M3為Ⅲ型斷裂能；

b2、依據初始參數值，在模擬端通過計算得到對應測點的應變值，并與實測端測點的應變值進行比較，得到相關系數R；