CN117592170A - 一种隧道结构寿命确定方法、终端及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道结构寿命确定方法、终端及可读存储介质，所述方法包括：对隧道和土体进行采样试验，获取隧道和土体物理学参数；根据隧道和土体物理学参数计算标准化抬升力和标准化抬升位移的力‑位移曲线的参数，以确定力‑位移曲线；监测隧道的抬升位移，根据隧道的抬升位移和力‑位移曲线获取隧道所受标准化抬升力，以监测隧道结构寿命。可以看出，本发明通过采用复合幂指函数模型作为力‑位移曲线的表达式，通过少量的采样试验即可分析得到力‑位移曲线的参数，从而建立起预测隧道上移过程中位移和抬升力变化的力‑位移曲线，以在后续监测中确定隧道寿命。
Description
技术领域
本发明涉及基于特定计算模型的计算机系统技术领域，尤其涉及的是一种隧道结构寿命确定方法、终端及可读存储介质。
背景技术
为了缓解交通拥堵的沉重压力，城市建设了越来越多的地铁隧道，形成了密集的快速交通网络。隧道隆起和变形是即将到来的整体破坏的两个明显迹象。确认隧道所以受到的隆起和变形被认为是必不可少的，特别是对于地铁隧道的运行。
具体而言，地下隧道经常受到地面沉降、膨胀土壤的季节性湿度变化、边坡不稳定或地震断层激活引发的不同地面运动。这些地面运动可能会对连续的隧道施加有害的轴向拉伸-压缩和弯曲应变组合，其影响取决于所施加的位移的幅度和来自隧道周围土壤的反应。
力-位移曲线的抬升力-位移关系的形式影响着土体扰动是否达到了一个动态应力的平衡，从而能够检测隧道的抬升位移情况，并根据隧道的抬升位移情况分析出隧道的受到的抬升力，进而分析出隧道寿命受到的损耗，但目前从土壤类型和覆盖深度预测力-位移曲线的抬升力-位移关系的设计方法是基于简单的刚性块机制，其需要大量的重复试验建立每一小段位移和对应的抬升力之间的关系，所耗费的成本和时间都较为高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道结构寿命确定方法、终端及可读存储介质，旨在解决现有技术需要对隧道抬升过程进行大量的重复试验以获取隧道抬升位移和隧道抬升力之间的关系的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明提供一种隧道结构寿命确定方法，所述隧道结构寿命确定方法包括：
对隧道和土体进行采样试验，获取隧道和土体物理学参数；
根据隧道和土体物理学参数计算标准化抬升力和标准化抬升位移/>的力-位移曲线的参数，以确定力-位移曲线；
监测隧道的抬升位移，根据隧道的抬升位移和力-位移曲线获取隧道所受标准化抬升力，以监测隧道结构寿命。
进一步地，所述隧道和土体物理学参数包括：
隧道直径、隧道埋深/>、内摩擦角/>、峰值状态摩擦角/>、极限状态摩擦角、土体剪胀角/>、土体重度/>、标准化峰值抬升力比/>、隧道受到标准化峰值抬升力比/>时的标准化峰值抬升位移/>，以及隧道初始位置处标准化抬升力/>和标准化抬升位移/>之间的斜率关系。
进一步地，所述获取隧道和土体物理学参数中，获取所述标准化峰值抬升力比，具体包括：
根据土体内摩擦角，计算侧向土压力系数/>：
；
根据侧向土压力系数、土体剪胀角/>、峰值状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>，计算隧道上移过程中所受到的标准化峰值抬升力比/>：
。
进一步地，所述力-位移曲线的表达式为：
；
其中，是力-位移曲线的参数，/>，/>、/>、/>和/>均是需要计算的力-位移曲线的参数。
进一步地，所述根据隧道和土体物理学参数计算标准化抬升力和标准化抬升位移/>的力-位移曲线的参数，具体包括：
以隧道初始位置处标准化抬升力和标准化抬升位移/>之间的斜率关系数值作为参数/>；
根据土体剪胀角、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>、隧道直径/>、大主应力的偏转角度/>和内摩擦角/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比作为参数/>；
根据参数、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>；
根据参数、参数/>、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移计算参数/>。
进一步地，所述根据土体剪胀角、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深、隧道直径/>、大主应力的偏转角度/>和内摩擦角/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比/>，具体包括：
根据内摩擦角计算朗肯被动土压力系数/>：
；
根据朗肯被动土压力系数和大主应力的偏转角度/>计算小主应力轨迹下的侧压力系数/>：
；
根据小主应力轨迹下的侧压力系数、土体剪胀角/>、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比。
进一步地，所述根据参数、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>，具体根据下式计算参数/>：
。
进一步地，所述根据参数、参数/>、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>，具体是根据下式计算参数/>：
。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种终端，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的隧道结构寿命确定程序，所述隧道结构寿命确定程序被所述处理器执行时控制终端实现如上所述的隧道结构寿命确定方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有隧道结构寿命确定程序，所述隧道结构寿命确定程序被处理器执行时实现如上所述的隧道结构寿命确定方法的步骤。
本发明采用上述技术方案具有以下效果：
本发明通过采用复合幂指函数模型作为力-位移曲线的模型，通过少量的采样试验即可分析得到力-位移曲线的参数，从而建立起预测隧道上移过程中位移和抬升力变化的力-位移曲线，无需进行大量的重复采样，建立每一小段的位移和对应的抬升力变化之间的关系，从而在检测确定隧道寿命的前期准备工作中节约了大量的时间与成本。
附图说明
图1是本发明较佳实施例中隧道结构寿命确定方法的步骤流程图；
图2是本发明较佳实施例中力-位移曲线复合幂指函数模型的示意图；
图3是摩尔应力圆示意图；
图4是本发明中隧道抬升受力的示意图；
图5是本发明较佳实施例中复合幂指函数预测的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线的对比结果示意图；
图6是本发明终端的较佳实施例的运行环境示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或端没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或端固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
实施例一
请参见图1，本申请的实施例一是一种隧道结构寿命确定方法，其通过采用复合幂指函数模型作为力-位移曲线的模型，通过少量的采样试验即可分析得到力-位移曲线的参数，从而建立起预测隧道上移过程中位移和抬升力变化的力-位移曲线，无需进行大量的重复采样，建立每一小段的位移和对应的抬升力变化之间的关系，从而节约了大量的时间与成本。其中，图1所描述的方法可以应用于隧道结构寿命确定装置，其中，该装置可以包括服务器，其中，服务器包括本地服务器或者云服务器，本发明实施例不做限定。请参照图1所示，图1所示的方法包括步骤：
S1、对隧道和土体进行采样试验，获取隧道和土体物理学参数。
具体而言，本实施例中，所述隧道和土体物理学参数包括隧道直径、隧道埋深、内摩擦角/>、峰值状态摩擦角/>、极限状态摩擦角/>、土体剪胀角/>、土体重度/>、标准化峰值抬升力比/>、隧道受到标准化峰值抬升力比/>时的标准化峰值抬升位移，以及隧道初始位置处标准化抬升力/>和标准化抬升位移/>之间的斜率关系。
其中，获取隧道受到标准化峰值抬升力比时的标准化峰值抬升位移/>，包括步骤：
根据土体内摩擦角，计算侧向土压力系数/>。
根据侧向土压力系数、土体剪胀角/>、峰值状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>，计算隧道上移过程中所受到的峰值抬升力/>：
；
之后，根据峰值抬升力、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>可以计算出隧道上移过程中所受到的标准化峰值抬升力比/>：
；
不难看出，土体重度、隧道埋深/>和隧道直径/>可以约去，即可以直接根据侧向土压力系数/>、土体剪胀角/>、峰值状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>，计算隧道上移过程中所受到的标准化峰值抬升力比/>：
；
根据计算得到的标准化峰值抬升力比，可以通过试验手段，获取隧道受到标准化峰值抬升力比/>时的标准化峰值抬升位移/>。
请参照图2，图2为本发明较佳实施例中力-位移曲线示意图，图2中A为隧道初始位置处抬升位移与抬升力的关系采样点，B为获取标准化峰值抬升力比、峰值状态摩擦角/>和隧道受到标准化峰值抬升力比/>时的标准化峰值抬升位移/>的采样点，C为隧道收到极限抬升力比时的采样点。
S2、根据隧道和土体物理学参数计算标准化抬升力和标准化抬升位移/>的力-位移曲线的参数，以确定力-位移曲线。
具体而言，本实施例中，获得的是力-位移曲线的标准化抬升力和标准化位移的关系，根据隧道埋深和土体重度/>，可以计算得到抬升力/>和标准化抬升力/>的关系，根据隧道直径/>可以计算得到抬升位移/>和标准化抬升位移/>之间的关系。
具体而言，本发明中，采用复合幂指函数模型预测力-位移曲线，复合幂指数模型的具体表达式为：
；
其中，是力-位移曲线的参数，/>，/>、/>、/>和/>均是需要计算的力-位移曲线的参数，根据获取的参数确定最终的力-位移曲线。
具体而言，获取参数、/>、/>和/>包括：
根据隧道初始位置处抬升力和抬升位移的关系、位移与标准化抬升位移的关系以及抬升力和标准化抬升力的关系，计算得到隧道初始处标准化抬升力和标准化抬升位移之间的斜率关系。
其中隧道初始位置处抬升力和抬升位移的关系可以在隧道初始位置处任取一点进行获取，例如，本实施例中，取点A处的标准化抬升位移和标准化峰值抬升力比的关系，由于隧道初始位置处抬升力和抬升位移都为零，而隧道初始抬升时，标准化抬升力和标准化抬升位移之间呈现线性关系，因此点A处的标准化峰值抬升力比/>和标准化抬升位移/>的比即为隧道初始处标准化抬升力和标准化抬升位移之间的斜率关系。
隧道初始处标准化抬升力和标准化抬升位移之间的斜率关系数值与参数的数值一致，换言之，根据隧道初始处标准化抬升位移和标准化抬升力之间的斜率关系即可确定力-位移曲线复合幂指函数模型的参数/>。
请参照图3，图3为摩尔应力圆示意图，图3中为主应力，/>为竖向应力，/>为水平应力，/>为法向应力，由于隧道在抬升位移之中，剪切面的法向力保持不变，所以切应力/>：
；
请参照图4，对于隧道上方土体进行面积分可以得到极限抬升力：
；
式中，为土体的极限状态摩擦角，/>代表小主应力轨迹下的侧压力系数：
；
为大主应力的偏转角度，/>为朗肯被动土压力系数：
；
根据极限抬升力可以计算得到极限抬升力比/>：
；
显然，也可以直接根据小主应力轨迹下的侧压力系数、土体剪胀角/>、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比/>：
；
极限抬升力比的数值即与参数/>的数值相同，换言之，根据极限抬升力比即可直接确定力-位移曲线复合幂指函数模型的参数/>。
根据参数、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>：
；
根据参数、参数/>、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移计算参数/>：
；
将所计算出来将所计算出的参数、/>、/>和/>带入复合幂指函数模型中，可以计算得到复合幂指函数预测的力-位移曲线。
S3、监测隧道的抬升位移，根据隧道的抬升位移和力-位移曲线获取隧道所受标准化抬升力，以监测隧道结构寿命。
具体而言，根据力-位移曲线，能够检测隧道的抬升位移情况，并根据隧道的抬升位移情况分析出隧道的受到的抬升力，进而分析出隧道寿命受到的损耗。
本实施例中，为了预测采用复合幂指函数预测的力-位移曲线的有效性，采用模型试验数据对所提出的计算方法进行验证，在模型试验中，获取土体物理力学参数：隧道直径，隧道埋深/>，内摩擦角/>，峰值状态摩擦角，极限状态摩擦角/>，土体剪胀角/>，力-位移曲线复合幂指函数模型在原点处的斜率，在数值上和复合幂指数模型的参数/>相同，对此根据现场试验和经验获取得到/>，侧向土压力系数/>，朗肯被动土压力系数/>。
根据侧向土压力系数、土体剪胀角/>、峰值状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>，计算隧道上移过程中所受到的标准化峰值抬升力比：
；
获取力-位移曲线中，最大值点对应的坐标/>，即获取到隧道受到标准化峰值抬升力比/>时的标准化峰值抬升位移/>。
根据侧向土压力系数、土体剪胀角/>、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>、隧道直径/>，计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比：
；
即获取到参数。
根据参数、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>：
；
根据参数、参数/>、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移计算参数/>：
；
将所计算出来将所计算出的参数、/>、/>和/>带入复合幂指函数模型中，可以计算得到复合幂指函数预测的力-位移曲线。
得到的复合幂指函数预测的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线的对比结果如图5所示，可以看出，本发明通过复合幂指函数预测的力-位移曲线与试验获得的力-位移曲线基本重合，表明了本发明的过复合幂指函数预测的力-位移曲线能够良好的反应出隧道抬升位移和隧道抬升力之间的关系。
实施例二
请参见图6，基于上述方法，本发明还提供了一种终端，所述终端包括：存储器10、处理器20及存储在所述存储器10上并可在所述处理器20上运行的隧道结构寿命确定程序，所述隧道结构寿命确定程序被所述处理器20执行时控制终端实现如上所述的隧道结构寿命确定方法的步骤。
所述存储器10在一些实施例中可以是所述终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。所述存储器10在另一些实施例中也可以是所述终端的外部存储设备，例如所述终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（SecureDigital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器10还可以既包括所述终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器10用于存储安装于所述终端的应用软件及各类数据，例如所述安装终端的程序代码等。所述存储器10还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器10上存储有隧道结构寿命确定程序，该隧道结构寿命确定程序可被处理器20所执行，从而实现本申请中的隧道结构寿命确定方法。
所述处理器20在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit,CPU），微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器10中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述隧道结构寿命确定方法等。
实施例三
本实施例提供一种存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有隧道结构寿命确定程序，所述隧道结构寿命确定程序被处理器执行时实现如上所述的隧道结构寿命确定方法的步骤。
综上所述，本发明通过采用复合幂指函数模型作为力-位移曲线的模型，通过少量的采样试验即可分析得到力-位移曲线的参数，从而建立起预测隧道上移过程中位移和抬升力变化的力-位移曲线，无需进行大量的重复采样，建立每一小段的位移和对应的抬升力变化之间的关系，从而节约了大量的时间与成本。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件（如处理器，控制器等）来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述隧道结构寿命确定方法包括：
对隧道和土体进行采样试验，获取隧道和土体物理学参数；
根据隧道和土体物理学参数计算标准化抬升力和标准化抬升位移/>的力-位移曲线的参数，以确定力-位移曲线；
监测隧道的抬升位移，根据隧道的抬升位移和力-位移曲线获取隧道所受标准化抬升力，以监测隧道结构寿命。
2.根据权利要求1所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述隧道和土体物理学参数包括：
隧道直径、隧道埋深/>、内摩擦角/>、峰值状态摩擦角/>、极限状态摩擦角/>、土体剪胀角/>、土体重度/>、标准化峰值抬升力比/>、隧道受到标准化峰值抬升力比时的标准化峰值抬升位移/>，以及隧道初始位置处标准化抬升力/>和标准化抬升位移/>之间的斜率关系。
3.根据权利要求2所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，获取隧道和土体物理学参数中，获取所述标准化峰值抬升力比，具体包括：
根据土体内摩擦角，计算侧向土压力系数/>：
；
根据侧向土压力系数、土体剪胀角/>、峰值状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>，计算隧道上移过程中所受到的标准化峰值抬升力比/>：
。
4.根据权利要求2所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述力-位移曲线的表达式为：
；
其中，是力-位移曲线的参数，/>，/>、/>、/>和/>均是需要计算的力-位移曲线的参数。
5.根据权利要求4所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述根据隧道和土体物理学参数计算标准化抬升力和标准化抬升位移/>的力-位移曲线的参数，具体包括：
以隧道初始位置处标准化抬升力和标准化抬升位移/>之间的斜率关系数值作为参数/>；
根据土体剪胀角、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>、隧道直径/>、大主应力的偏转角度/>和内摩擦角/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比/>作为参数/>；
根据参数、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数；
根据参数、参数/>、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>。
6.根据权利要求5所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述根据土体剪胀角、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>、隧道直径/>、大主应力的偏转角度和内摩擦角/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比/>，具体包括：
根据内摩擦角计算朗肯被动土压力系数/>：
；
根据朗肯被动土压力系数和大主应力的偏转角度/>计算小主应力轨迹下的侧压力系数/>：
；
根据小主应力轨迹下的侧压力系数、土体剪胀角/>、极限状态摩擦角/>、土体重度/>、隧道埋深/>和隧道直径/>计算隧道上移过程中所受到的标准化极限抬升力比/>。
7.根据权利要求5所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述根据参数、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>，具体根据下式计算参数/>：
。
8.根据权利要求5所述的一种隧道结构寿命确定方法，其特征在于，所述根据参数、参数/>、参数/>、标准化峰值抬升力比/>和标准化峰值抬升位移/>计算参数/>，具体是根据下式计算参数/>：
。
9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的隧道结构寿命确定程序，所述隧道结构寿命确定程序被所述处理器执行时控制终端实现如权利要求1-8任一项所述的一种隧道结构寿命确定方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有隧道结构寿命确定程序，所述隧道结构寿命确定程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的隧道结构寿命确定方法的步骤。
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| CN112035917A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-04 | 石家庄铁路职业技术学院 | 盾构掘进施工地表极限竖向位移预测方法及装置 |
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Also Published As
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