[發明專利]基于高密度測點應變的隧道斷面收斂變形定量計算方法

有效

• 申請號: 202210369310.5
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114777661B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 劉洋;孫杰;李虎;牟曉巖;劉相華;楊勇;劉鋒;高慶飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;濟南軌道交通集團有限公司;濟南城建集團有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06F17/11;G06F17/16;G06N3/08
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 王新雨

1.基于高密度測點應變的隧道斷面收斂變形定量計算方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟一：利用全分布式光纖傳感器獲取的隧道斷面高密度測點環向應變監測數據，構建基于共軛曲梁理論的隧道斷面圓環曲梁模型，建立隧道斷面高密度測點環向應變與斷面收斂變形轉換模型，計算得到隧道斷面收斂變形量；

步驟二：構建隧道斷面附加水平收斂變形計算力法基本結構，計算隧道縱向彎曲效應下引起的斷面附加水平收斂變形；在此基礎上，考慮實際隧道斷面連接剛度及地基反力的約束作用，計算得到縱向彎曲引起的擠壓效應下隧道斷面附加水平收斂變形量；

步驟三：構建縱向彎曲變形引起的剪切效應方程，計算剪切效應下隧道斷面附加水平收斂變形量，并聯立步驟一和步驟二的水平位置收斂變形量的計算結果，獲取考慮附加變形影響的隧道斷面水平收斂變形量；

步驟四：利用步驟三計算得到的斷面水平收斂變形量，建立基于人工神經網絡的隧道斷面應變-水平收斂變形轉換模型，計算得到隧道多斷面水平收斂變形量。

2.根據權利要求1所述的基于高密度測點應變的隧道斷面收斂變形定量計算方法，其特征在于：步驟一中，所述隧道斷面收斂變形量的計算方法為：

(1)利用沿隧道斷面環向通長布設的全分布式傳感光纜，采集獲取高密度測點應變監測數據，根據共軛曲梁理論，由下式計算彎矩引起的隧道斷面管片環向任意位置坐標(p,λ)(p＝1,2,…,n；0≤λ＜1)處的收斂變形量，即

式中，表示由彎矩引起的方位坐標(p,λ)處的收斂變形；β表示按光纖兩個環向應變測點間對應的圓心角；R表示隧道斷面管片半徑；h表示隧道斷面管片高度；分別表示坐標i點以及p點光纖布設位置處斷面環向應變；n表示光纖應變測點總數量；p表示按光纖兩個應變測點間的隧道區段長度；λ表示按光纖兩個應變測點間的隧道區段長度上的方位坐標；i是求和運算中的計算符號，代表總共n個測點中的第i個；

(2)利用共軛曲梁理論，利用彈性力學圓環受均布壓力的解答，由下式計算軸力引起的斷面管片環向任意方位坐標(p,λ)處的收斂變形量，即

式中，表示由軸力引起的方位坐標(p,λ)處的收斂變形；表示光纖環向測點應變監測數據；

(3)利用共軛梁理論，隧道斷面任意點位置處的收斂變形由下式計算，即

式中，ω_p,λ表示隧道斷面位置坐標(p,λ)處的收斂變形。

3.根據權利要求1所述的基于高密度測點應變的隧道斷面收斂變形定量計算方法，其特征在于：步驟二中，所述擠壓效應下隧道斷面附加水平收斂變形量計算方法為：

(1)根據縱向彎曲引起的擠壓效應作用機理，考慮斷面連接剛度，由以下公式計算擠壓效應下的斷面附加水平收斂變形，即

式中，表示擠壓效應下隧道斷面附加水平收斂變形；C表示隧道管片結構厚度；κ表示隧道結構縱向彎曲曲率；I_o表示隧道橫斷面慣性矩；

(2)當隧道斷面發生水平收斂變形時，地基抗力會約束變形的開展，采用下式計算考慮地基反力作用后的附加水平收斂變形，即

式中，表示擠壓效應下的隧道斷面附加水平收斂變形；k表示地基系數。