本公開屬于數(shù)據(jù)處理，更具體地說，是涉及一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著高地應(yīng)力軟巖隧道建設(shè)規(guī)模逐年增大、隧道建設(shè)數(shù)量逐年增多，高地應(yīng)力軟巖隧道大變形問題已是當(dāng)前隧道從業(yè)者、科研工作者亟須解決的主要工程問題。高地應(yīng)力軟巖隧道開挖后，圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生調(diào)整，從而致使隧道周邊圍巖受到圍壓與塑性應(yīng)變耦合影響下力學(xué)參數(shù)發(fā)生復(fù)雜演變，由此帶來高地應(yīng)力軟巖隧道周邊圍巖應(yīng)力場與位移場演變過程極為復(fù)雜。因此，準(zhǔn)確計算高地應(yīng)力軟巖隧道開挖后周邊圍巖應(yīng)力場與位移場演變規(guī)律（即高地應(yīng)力軟巖隧道施工力學(xué)響應(yīng)問題）是解決高地應(yīng)力軟巖隧道大變形工程難題的根本前提。

2、當(dāng)前，通常采用數(shù)值模擬方法對高地應(yīng)力軟巖隧道施工力學(xué)響應(yīng)問題進行研究，其計算原理主要為基于連續(xù)介質(zhì)模型采用有限元法或有限差分法進行分析計算。然而，傳統(tǒng)的隧道施工數(shù)值模擬計算過程中無法充分考慮軟巖力學(xué)特性演變過程，計算開始前通常將圍巖力學(xué)參數(shù)設(shè)定為常數(shù)，由此導(dǎo)致隧道周邊圍巖應(yīng)力場與位移場計算結(jié)果與實際偏差較大，無法對實際工程提供有效指導(dǎo)。

3、因此，亟需提出一種新的高地應(yīng)力軟巖隧道施工數(shù)值模擬計算方法，由此彌補傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法的不足與缺陷，使數(shù)值模擬計算結(jié)果更為準(zhǔn)確，以便為實際工程提供有效指導(dǎo)與建議。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開的目的在于提供一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法及裝置，以提高隧道施工數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

2、本公開實施例的第一方面，提供了一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，包括：

3、基于數(shù)值模擬軟件構(gòu)建數(shù)值模型，所述數(shù)值模型用于表征隧道與圍巖之間的相互作用關(guān)系；

4、基于隧道支護體系的本構(gòu)模型、隧道支護體系的參數(shù)、以及圍巖的本構(gòu)模型和圍巖的力學(xué)參數(shù)對所述數(shù)值模型的參數(shù)進行初始化；

5、基于軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型對所述數(shù)值模型進行多次迭代計算，直至達到收斂，得到隧道施工數(shù)值模擬結(jié)果；所述軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型用于表征在不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下圍巖力學(xué)參數(shù)的變化過程。

6、本公開實施例的第二方面，提供了一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬裝置，包括：

7、模型構(gòu)建模塊，用于基于數(shù)值模擬軟件構(gòu)建數(shù)值模型，所述數(shù)值模型用于表征隧道與圍巖之間的相互作用關(guān)系；

8、初始化模塊，用于基于隧道支護體系的本構(gòu)模型、隧道支護體系的參數(shù)、以及圍巖的本構(gòu)模型和圍巖的力學(xué)參數(shù)對所述數(shù)值模型的參數(shù)進行初始化；

9、數(shù)據(jù)計算模塊，用于基于軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型對所述數(shù)值模型進行多次迭代計算，直至達到收斂，得到隧道施工數(shù)值模擬結(jié)果；所述軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型用于表征在不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下圍巖力學(xué)參數(shù)的變化過程。

10、本公開實施例的第三方面，提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法的步驟。

11、本公開實施例的第四方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法的步驟。

12、本公開實施例提供的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法及裝置的有益效果在于：

13、本公開實施例對所述數(shù)值模型進行多次迭代計算，軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型能夠表征在不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下圍巖力學(xué)參數(shù)的變化過程，在進行軟巖隧道施工數(shù)值模擬時，能夠充分考慮軟巖力學(xué)特性演變過程，根據(jù)圍巖自身應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變狀態(tài)，自動判別、計算并更新力學(xué)參數(shù)，與現(xiàn)有的將圍巖力學(xué)參數(shù)設(shè)定為常數(shù)的方法相比，使得數(shù)值模擬計算結(jié)果更為準(zhǔn)確，能夠為實際工程提供有效指導(dǎo)與建議。

技術(shù)特征：

1.一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，任一次迭代計算過程包括：

3.如權(quán)利要求2所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述第i個單元的應(yīng)力狀態(tài)包括應(yīng)力張量，所述基于所述第i個單元的應(yīng)力狀態(tài)和坐標(biāo)信息計算對應(yīng)的徑向應(yīng)力，包括：

4.如權(quán)利要求2所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述第i個單元的應(yīng)變狀態(tài)包括應(yīng)變張量，所述基于所述第i個單元的應(yīng)變狀態(tài)計算對應(yīng)的塑性偏應(yīng)變信息，包括：

5.如權(quán)利要求2所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述基于所述第i個單元的徑向應(yīng)力和軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型得到對應(yīng)的臨界塑性偏應(yīng)變信息，包括：

6.如權(quán)利要求2所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述基于所述第i個單元的徑向應(yīng)力、塑性偏應(yīng)變信息、臨界塑性偏應(yīng)變信息和軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型得到對應(yīng)的第一力學(xué)參數(shù)值，包括：

7.如權(quán)利要求2所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述基于所述第i個單元的塑性偏應(yīng)變信息和臨界塑性偏應(yīng)變信息的相對大小確定圍巖狀態(tài)，包括：

8.如權(quán)利要求1所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型包括：

9.一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬裝置，其特征在于，包括：

10.如權(quán)利要求9所述的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)計算模塊具體用于：

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了一種考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法及裝置，屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：基于數(shù)值模擬軟件構(gòu)建數(shù)值模型，所述數(shù)值模型用于表征隧道與圍巖之間的相互作用關(guān)系；基于隧道支護體系的本構(gòu)模型、隧道支護體系的參數(shù)、以及圍巖的本構(gòu)模型和圍巖的力學(xué)參數(shù)對所述數(shù)值模型的參數(shù)進行初始化；基于軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型對所述數(shù)值模型進行多次迭代計算，直至達到收斂，得到隧道施工數(shù)值模擬結(jié)果；所述軟巖力學(xué)參數(shù)演變模型用于表征在不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下圍巖力學(xué)參數(shù)的變化過程。本公開提供的考慮軟巖力學(xué)特性演變的隧道施工數(shù)值模擬方法及裝置可以提高隧道施工數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：董宇蒼,張海,楊慶碩,張慧,賈磊,王昕
受保護的技術(shù)使用者：河北地質(zhì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30