CN114662196A - 铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统 - Google Patents

铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114662196A
CN114662196A CN202210288621.9A CN202210288621A CN114662196A CN 114662196 A CN114662196 A CN 114662196A CN 202210288621 A CN202210288621 A CN 202210288621A CN 114662196 A CN114662196 A CN 114662196A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
shaft lining
lining
safety
vertical shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210288621.9A
Other languages
English (en)
Inventor
黄明利
姚夏壹
谭忠盛
汤晓光
辛维克
张民庆
贾大鹏
徐涛
刘俊成
黎庶
赵健
吴川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN202210288621.9A priority Critical patent/CN114662196A/zh
Publication of CN114662196A publication Critical patent/CN114662196A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明提供一种铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统，属于铁路隧道建设技术领域，获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。本发明解决了传统方法对于复杂地层中的竖井衬砌评价方法过于复杂的问题，可以求得均匀压力及非均匀压力下竖井衬砌的安全系数，还能使评价过程简单，评价结果量化，评价效率和准确性显著提高。

Description

铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统
技术领域
本发明涉及铁路隧道建设技术领域，具体涉及一种基于RFPA破裂模型的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统。
背景技术
近年来，铁路隧道竖井衬砌发生破坏(如片帮、突涌水等)而造成的事故也越来越多，这不仅会延误工期和造成人员伤亡，其治理过程也浪费了大量的人力物力，导致竖井的修建成为铁路隧道工程的工期控制点。
目前而言，一般发生事故的竖井大多处于复杂地层，若采用传统的竖井衬砌安全评价方法，不是评价方法大多采用经验就是大多需要大量竖井数据来建立风险评估等级，其过程往往非常复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以求得均匀压力及非均匀压力下竖井衬砌的安全系数，还能使评价过程简单，评价结果量化，评价效率和准确性显著提高的基于RFPA破裂模型的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，包括：
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
可选的，竖井衬砌安全系数K定义为：
K＝Pf/Pa
式中：Pf表示破坏压力，Pa表示监测的总压力。
可选的，获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据，包括：按照各监测项目的监测频率进行监测，直到监测到的围岩压力与水压力趋于稳定，然后将稳定时的围岩压力与水压力求得获得稳定时的总压力；其中，围岩压力为二衬与围岩的接触压力，通过土压力盒测得；水压力为二衬背后的渗透压，通过渗压计测得。
可选的，竖井衬砌材料真实破裂过程分析RFPA破裂模型为二维平面应变模型，模型尺寸为M×M，模型划分为N×N个单元，衬砌外侧上下左右四个方向分别设置四个空腔，通过在空腔内施加水压模拟竖井衬砌受到的总压力，空腔中设置初始压力水头，空腔内壁施加法向应力边界条件来模拟空腔内的水压力作用；竖井衬砌中间为空洞，同时设置其水压和流量始终为零，使其与实际情况保持一致。
可选的，求得实际安全系数包括：竖井衬砌RFPA破裂模型初始压力为监测稳定时的总压力，设置单步增量为q，获取竖井衬砌发生破坏时的运行步数n，压力增加量等于单步增量乘以运行步数，即ΔP＝q×n，则破坏应力为初始应力加上压力增加量，即Pf＝Pa+ΔP。
可选的，将得到竖井衬砌某一横断面的监测总压力以及数值模拟得到的破坏总压力代入安全系数计算公式，求得该横断面竖井衬砌的安全系数，最后根据求得的安全系数评价竖井衬砌的安全性。
第二方面，本发明提供一种铁路隧道竖井衬砌安全性评价系统，包括：
获取模块，用于获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
构建模块，用于以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
模拟模块，用于通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
计算模块，用于基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
判断模块，用于将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如上所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法。
第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法。
本发明有益效果：解决了传统方法对于复杂地层中的竖井衬砌评价方法过于复杂的问题，不仅可以求得均匀压力及非均匀压力下竖井衬砌的安全系数，还能使评价过程简单，评价结果量化，评价效率和准确性显著提高。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的竖井衬砌监测断面测试元器件布置图。
图2为本发明实施例所述的竖井衬砌模型图；
图3为本发明实施例所述的竖井衬砌实际模型图；
图4为本发明实施例所述的模型破坏时的声发射图；
图5为本发明实施例所述的模型破坏时的最小主应力图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
本实施例1提供一种铁路隧道竖井衬砌安全性评价系统，包括：
获取模块，用于获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
构建模块，用于以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
模拟模块，用于通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
计算模块，用于基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
判断模块，用于将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
本实施例1中，利用上述的系统实现了铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，包括：
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
其中，竖井衬砌安全系数K定义为：
K＝Pf/Pa
式中：Pf表示破坏压力，Pa表示监测的总压力。
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据，包括：按照各监测项目的监测频率进行监测，直到监测到的围岩压力与水压力趋于稳定，然后将稳定时的围岩压力与水压力求得获得稳定时的总压力；其中，围岩压力为二衬与围岩的接触压力，通过土压力盒测得；水压力为二衬背后的渗透压，通过渗压计测得。
竖井衬砌材料真实破裂过程分析RFPA破裂模型为二维平面应变模型，模型尺寸为M×M，模型划分为N×N个单元，衬砌外侧上下左右四个方向分别设置四个空腔，通过在空腔内施加水压模拟竖井衬砌受到的总压力，空腔中设置初始压力水头，空腔内壁施加法向应力边界条件来模拟空腔内的水压力作用；竖井衬砌中间为空洞，同时设置其水压和流量始终为零，使其与实际情况保持一致。
求得实际安全系数包括：竖井衬砌RFPA破裂模型初始压力为监测稳定时的总压力，设置单步增量为q，获取竖井衬砌发生破坏时的运行步数n，压力增加量等于单步增量乘以运行步数，即ΔP＝q×n，则破坏应力为初始应力加上压力增加量，即Pf＝Pa+ΔP。
将得到竖井衬砌某一横断面的监测总压力以及数值模拟得到的破坏总压力代入安全系数计算公式，求得该横断面竖井衬砌的安全系数，最后根据求得的安全系数评价竖井衬砌的安全性。
实施例2
本实施例2中，提供一种基于RFPA破裂模型的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，本发明解决了传统方法对于复杂地层中的竖井衬砌评价方法过于复杂的问题，不仅可以求得均匀压力及非均匀压力下竖井衬砌的安全系数，还能使评价过程简单，评价结果量化，评价效率和准确性显著提高。
本实施例2中，以高黎贡山1#竖井副井为例，基于RFPA破裂模型的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，包括以下步骤：
(1)定义竖井衬砌安全系数的计算方法；
(2)获取隧道竖井衬砌所受到的总压力(围岩压力+水压力)的监测数据；
(3)以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立RFPA破裂模型；
(4)通过模拟运算获得衬砌发生破坏时的破坏压力；
(5)将监测压力和破坏压力代入定义的安全系数计算公式中求得实际安全系数。
(6)将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
其中，在步骤(1)中，竖井衬砌安全系数K定义为等于破坏压力Pf/实际压力Pa，K＝Pf/Pa
监测的实际压力Pa是竖井受到的衬砌总压力，为围岩压力和水压力之和，其通过在竖井某一横断面衬砌外侧多处埋设土压力盒和渗压计(见图1)，监测竖井衬砌受到的围岩压力和水压力，围岩压力和水压力为施工完成后压力基本稳定时的压力。
破坏压力Pf是竖井衬砌发生破裂时的总压力，首先通过RFPA数值模拟软件建立破裂模型，然后将监测压力作为初始压力施加到模型周围，通过不断增加荷载直到破坏，获得破坏压力。
其中，在步骤(2)中，为了获取隧道竖井衬砌所受到的总压力(围岩压力+水压力)的监测数据，首先按照各监测项目的监测频率进行监测，直到监测到的围岩压力与水压力趋于稳定，然后将稳定时的围岩压力与水压力求得获得稳定时的总压力。
围岩压力为二衬与围岩的接触压力，通过土压力盒测得；水压力为二衬背后的渗透压，通过渗压计测得。
围岩压力和水压力的监测频率综合考虑《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121—2007)和实际工程情况。
围岩压力和水压力的监测时间为从仪器埋设开始直到围岩压力和水压力的监测值均趋于稳定为止。
总压力为监测值趋于稳定时的围岩压力与水压力之和，衬砌周围监测点的总压力一般不同。
其中，在步骤(3)中，将监测值稳定时的围岩压力和水压力之和作为RFPA破裂模型的初始值。
RFPA(Realistic Failure Process Analysis)方法，即材料真实破裂过程分析方法，该方法假设岩石细观单元强度具有正态分布，认为细观非均匀性是造成准脆性材料宏观非线性的根本原因，用统计损伤的本构关系考虑了岩石材料的非均匀性和缺陷分布的随机性。把材料性质的统计分布假设结合到数值方法(如有限单元法)中，并对满足给定强度准则的单元进行破坏处理，使得非均匀岩石材料破坏过程的数值模拟得以实现。
RFPA方法要点(1)认为单元性质是线弹-脆性或脆-塑性的，单元的弹模和强度等其它参数服从某种分布，如正态分布、韦伯分布、均匀分布等；(2)认为当单元应力达到破坏的准则发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非连续介质问题；(3)认为岩石的损伤量同破坏单元数成正比。
RFPA方法假设(1)材料变形达到一定强度值时即破坏；(2)破坏单元不具备抗拉能力，但具备一定的抗挤压能力；(3)材料的非均匀性可以通过材料力学参数的非均匀性来表达；(4)破坏单元的力学特性变化是不可逆的。
竖井衬砌RFPA破裂模型的模型说明：竖井衬砌RFPA破裂模型为二维平面应变模型，模型尺寸为M×M，模型划分为N×N个单元，衬砌外侧上下左右四个方向分别设置四个空腔，通过在空腔内施加水压模拟竖井衬砌受到的总压力，空腔中设置初始压力水头，空腔内壁施加法向应力边界条件来模拟空腔内的水压力作用；竖井衬砌中间为空洞，同时设置其水压和流量始终为零，使其与实际情况保持一致。
计算模型设置空腔初始水压，空洞水压以每步q不断增大，直到衬砌结构发生破坏。
为了使压力沿径向施加在衬砌上而不发生损失，空腔外围材料使用弹性模量较大，抗拉抗压强度很高的钢板，竖井衬砌的材料参数以实际工程为准。模型的上下边界和左右边界均设置位移约束条件，相当于设置一个反力架，防止模型整体发生位移。具体模型见图2和图3。竖井衬砌RFPA破裂模型的模型加载方案：通过对模型上下左右四个空洞分别施加不同的水压模拟衬砌四个方向受到不同的总压力，以四个方向监测稳定时的总压力作为其模型加载的初始压力。
其中，在步骤(4)中，通过模拟运算获得衬砌发生破坏时的破坏压力。
竖井衬砌RFPA破裂模型初始压力为监测稳定时的总压力，设置单步增量为q，通过声发射图和最小主应力图(见图4和图5)观察竖井衬砌发生破坏时的运行步数n，压力增加量等于单步增量乘以运行步数，即ΔP＝q×n，则破坏应力为初始应力加上压力增加量，即Pf＝Pa+ΔP。
其中，在步骤(5)中，为了求得竖井衬砌安全系数需要将监测压力和破坏压力代入定义的安全系数计算方法中。
根据定义的安全系数计算公式，安全系数等于破坏压力与检测压力的比值，将得到竖井衬砌某一横断面的监测总压力以及数值模拟得到的破坏总压力代入上述公式，则可以求得该横断面竖井衬砌的安全系数，最后根据求得的安全系数评价竖井衬砌的安全性。
实施例3
本发明实施例3提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，该方法包括如下流程步骤：
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
实施例4
本发明实施例4提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，该方法包括如下流程步骤：
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
实施例5
本发明实施例5提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，该方法包括如下步骤：
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，其特征在于，包括：
获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
2.根据权利要求1所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，其特征在于，竖井衬砌安全系数K定义为：
K＝Pf/Pa
式中：Pf表示破坏压力，Pa表示监测的总压力。
3.根据权利要求2所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，其特征在于，获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据，包括：按照各监测项目的监测频率进行监测，直到监测到的围岩压力与水压力趋于稳定，然后将稳定时的围岩压力与水压力求得获得稳定时的总压力；其中，围岩压力为二衬与围岩的接触压力，通过土压力盒测得；水压力为二衬背后的渗透压，通过渗压计测得。
4.根据权利要求3所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，其特征在于，竖井衬砌材料真实破裂过程分析RFPA破裂模型为二维平面应变模型，模型尺寸为M×M，模型划分为N×N个单元，衬砌外侧上下左右四个方向分别设置四个空腔，通过在空腔内施加水压模拟竖井衬砌受到的总压力，空腔中设置初始压力水头，空腔内壁施加法向应力边界条件来模拟空腔内的水压力作用；竖井衬砌中间为空洞，同时设置其水压和流量始终为零，使其与实际情况保持一致。
5.根据权利要求4所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，其特征在于，求得实际安全系数包括：竖井衬砌RFPA破裂模型初始压力为监测稳定时的总压力，设置单步增量为q，获取竖井衬砌发生破坏时的运行步数n，压力增加量等于单步增量乘以运行步数，即ΔP＝q×n，则破坏应力为初始应力加上压力增加量，即Pf＝Pa+ΔP。
6.根据权利要求4所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法，其特征在于，将得到竖井衬砌某一横断面的监测总压力以及数值模拟得到的破坏总压力代入安全系数计算公式，求得该横断面竖井衬砌的安全系数，最后根据求得的安全系数评价竖井衬砌的安全性。
7.一种铁路隧道竖井衬砌安全性评价系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取隧道竖井衬砌所受到的总压力的监测数据；其中，隧道竖井衬砌所受到的总压力为围岩压力和水压力之和；
构建模块，用于以竖井衬砌监测总压力作为初始压力建立材料真实破裂过程分析模型；
模拟模块，用于通过材料真实破裂过程分析模型模拟运算砌发生破坏时的破坏压力；
计算模块，用于基于总压力和破坏压力，结合竖井衬砌安全系数的计算方法求得实际安全系数；
判断模块，用于将计算的安全系数与相关规范进行比较，判断结构是否安全。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如权利要求1-6任一项所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器相互通信，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令执行如权利要求1-6任一项所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法。
CN202210288621.9A 2022-03-23 2022-03-23 铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统 Pending CN114662196A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210288621.9A CN114662196A (zh) 2022-03-23 2022-03-23 铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210288621.9A CN114662196A (zh) 2022-03-23 2022-03-23 铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114662196A true CN114662196A (zh) 2022-06-24

Family

ID=82030632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210288621.9A Pending CN114662196A (zh) 2022-03-23 2022-03-23 铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114662196A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070322A (zh) * 2023-01-28 2023-05-05 交通运输部公路科学研究所 一种强降雨下岩溶隧道衬砌结构安全性评价方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116070322A (zh) * 2023-01-28 2023-05-05 交通运输部公路科学研究所 一种强降雨下岩溶隧道衬砌结构安全性评价方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cotsovos et al. Numerical investigation of concrete subjected to compressive impact loading. Part 1: A fundamental explanation for the apparent strength gain at high loading rates
Netto et al. The effect of corrosion defects on the burst pressure of pipelines
Kashani et al. Finite element investigation of the influence of corrosion pattern on inelastic buckling and cyclic response of corroded reinforcing bars
Gribniak et al. Effect of arrangement of tensile reinforcement on flexural stiffness and cracking
CN111027240B (zh) 埋地管道安全评估方法及相关设备
Xu et al. Mechanism study on the low cycle fatigue behavior of group studs shear connectors in steel-concrete composite bridges
Yin et al. Study on the effect of aggregate distribution on mechanical properties and damage cracks of concrete based on multifractal theory
Tao et al. Study on the nonlinear deformation and failure mechanism of a high arch dam and foundation based on geomechanical model test
Jakubovskis et al. Bond-stress and bar-strain profiles in RC tension members modelled via finite elements
CN114662196A (zh) 铁路隧道竖井衬砌安全性评价方法及系统
CN109918850A (zh) 一种有效防止混凝土开裂的方法、系统、装置、存储介质
CN110864743A (zh) 一种可预判破裂面位置的反倾边坡稳定性判定方法
Zhang et al. Experimental study on the cyclic bond behavior of corroded rebar based on modified beam test
Pereira et al. Behavior of precast reinforced concrete columns subjected to monotonic short-term loading
Zhao et al. A multiscale approach for investigating the effect of microstructural instability on global failure in granular materials
Yahaghi et al. Experimental, theoretical and numerical modelling of the deterioration and failure process of sandstones subject to freeze–thaw cycles
Guo et al. Experimental and numerical investigation on the shear behavior and damage mechanism of segmental joint under compression-shear load
Zhu et al. Fiber break evolution and fatigue life prediction of CFRP with random fiber distribution
CN113742814B (zh) 大坝安全预警方法、装置、计算机设备和存储介质
Mahmud et al. On the need to adopt strain-based probabilistic approach in predicting fatigue life
Miao et al. Reliability analysis and verification of penetration type fatigue crack
Huan et al. An investigation on local shearing mechanisms of irregular dentate rock joints using the PFC
Noronha Jr et al. Finite element models for the prediction of the failure pressure of pipelines with long corrosion defects
Enzell et al. Post-peak behavior of concrete dams based on nonlinear finite element analyses
Iasiello et al. An application of confined concrete modeling to three‐dimensional nonlinear finite element analysis: The example of tunnel boring machine lining joints

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination