[發明專利]一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法及系統

有效

• 申請號: 202210115304.7
• 申請日: 2022-02-07
• 公開（公告）號: CN114139270B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 陳仁朋;張超;劉拯安;徐智文;郎志雄;周家興;孟凡衍;劉源
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06N20/00;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 湖南岑信知識產權代理事務所(普通合伙) 43275
• 代理人: 谷萍

本發明公開了一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統，包括近接工程?地層?既有結構數字孿生體和分別與所述近接工程?地層?既有結構數字孿生體通信連接的施工現場物理空間和地層結構物理模型試驗。本發明還提供了一種使用所述的基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統的試驗方法。本發明有益效果如下：通過融合混合試驗技術和數字孿生技術，克服了傳統混合試驗技術的數值模型保真性問題；可以兼顧近接工程建設荷載試驗的兩大需求，即近接工程?地層?既有結構間的動態相互作用與既有地下結構損傷演化機制。

技術領域

本發明涉及工程建設技術領域，具體涉及一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法及系統。

背景技術

隨著我國城鎮化建設的快速發展，以地鐵網絡、綜合管廊、地下停車場等為主導的城市地下空間開發進程正在快速推進，并呈現出密集化發展趨勢。因此，盾構隧道掘進、基坑開挖等工程建設難免對鄰近既有地下結構的穩定性和安全性產生不利影響。近接工程建設過程會擾動鄰近地層，使其變形場和應力場發生改變，進而形成作用于既有地下結構的附加水土壓力。這種近接工程對既有地下結構的附加荷載作用稱為近接工程建設荷載。近接工程建設荷載易引發混凝土開裂、接縫張開、滲漏水等問題，甚至導致構件屈服、結構破壞等嚴重后果。因此，有必要采用試驗方法探明近接工程建設荷載的發展規律，為地下結構的變形控制和安全保護奠定基礎。

目前，近接工程建設荷載的試驗數據基本依賴于離心模型試驗方法，該試驗方法已被應用于研究盾構隧道掘進、基坑開挖等近接工程對既有地下結構的影響。但該試驗方法具有顯著的縮尺效應，即通常采用小比尺模型模擬大尺度的近接工程-地層-既有結構系統。小比尺模型相似比通常小于四十分之一，僅能采用均質彈性材料和無接縫的結構形式模擬地下結構，難以反映地下鋼筋混凝土結構、盾構管片接頭等非線性特征。

因此，有必要提出既能反映近接工程-地層-既有結構間的動態相互作用，又能反映既有地下結構損傷演化機制的、適用于近接工程建設荷載模擬的試驗方法及系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法及系統，其采用數字孿生技術模擬近接工程-地層-既有結構間的動態相互作用，解決混合試驗中數值子結構的保真性問題，并采用混合試驗模擬既有地下結構損傷演化機制，實現近接工程建設荷載的室內試驗研究，從而可以解決背景技術中涉及的技術問題。

本發明的技術方案為：

一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統，包括近接工程-地層-既有結構數字孿生體和分別與所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體通信連接的施工現場物理空間和地層結構物理模型試驗，其中：

所述施工現場物理空間，用于提供位移和/或力實時監測數據并輸出給所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體；

所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體，用于根據位移和/或力實時監測數據建立高保真數值模型，通過該高保真數值模型開展施工過程預演，評估建造風險，為施工現場提供風險預警和施工參數優化，同時生成力學邊界條件并輸出給所述地層結構物理模型試驗；

所述地層結構物理模型試驗通過作動器加載模擬該力學邊界條件，獲得既有結構力學響應數據，并反饋給所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體，所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體根據反饋的既有結構力學響應數據為所述施工現場物理空間提供建造風險超前預警。

作為本發明的一種優選改進，所述力學邊界條件包括邊界位移數據和邊界力數據。

作為本發明的一種優選改進，所述地層結構物理模型試驗采用大比尺模型。

本發明還提供了一種使用所述的基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統的試驗方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、在施工現場物理空間布設監測點，利用傳感器獲取監測點的位移和/或力實時監測數據；