CN117828904B - 用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法 - Google Patents

用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，方法包括：根据地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据孤石专勘数据建立分层土内的孤石岩体，并构建地层分布模型；获取刀具的坐标，根据刀具所处的坐标判定刀具所处的地层类型数据，根据刀具类型数据与地层类型数据选定刀具受力模型；对刀盘内每一种刀具的所有刀具计算垂直力，并对所有刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和；将刀具垂直力总和加上刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力；将每个刀具的垂直力乘以刀具到刀盘中心的垂直距离，得到每个刀具的刀具倾覆力矩，通过刀具倾覆力得到刀盘倾覆力矩，提高了刀盘受力预测精度，增加了盾构机刀盘受力的均匀性。

Description

用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法
技术领域
本申请涉及盾构机技术领域，特别是涉及一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法、系统、终端及计算机可读存储介质。
背景技术
泥水盾构施工法因其安全、高效和高地层适应性，已被广泛应用于隧道建设施工中。近年来，随着隧道设计断面越来越大，盾构开挖期间穿越复合地层的机率大大增加。通常大直径泥水盾构均会配置滚刀和切削刀应对各类岩层和土层，而各种刀具与土岩的相互作用模型不同，使得现阶段工程难有合适的预测评估刀盘受力方法，同时沿海地区普遍存在孤石地层，孤石空间分布离散导致刀盘容易受力不均，严重影响开挖效率。
在现有技术中，对开挖刀盘受荷计算的方式有采用滚刀的破岩扭矩和一系列接触或挤压摩阻扭矩，能够快速预测出刀盘扭矩；也有采用计算过基岩突起段刀盘扭矩的计算方法，充分考虑设备、地层的情况；上述两种方法的刀盘受力预测精度均不够精确，有时还会导致盾构机刀盘受力不均，姿态难以控制，造成盾构机驱动过限而被困的施工安全问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法、系统、终端及计算机可读存储介质，以解决现有技术中计算超大直径泥水盾构穿越孤石地层刀盘受力时，刀盘受力预测精度不够精确，可能导致盾构机刀盘受力不均，姿态难以控制，存在施工安全隐患的问题。
本申请提出一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法包括：
获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，所述刀盘上设置有多种刀具，且每种所述刀具均设置有多个；
根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型；
获取所述刀具的刀具坐标，根据所述刀具坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据选定刀具受力模型，得到所述刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，所述刀具受力模型包括破岩模型、弹性地基量模型和土壤破坏模型；
根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算所述刀盘内每一种所述刀具中所有所述刀具的垂直力，并对所述刀盘的所有所述刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和；
获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力；
将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩。
可选地，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法还包括：
对每个所述刀具进行坐标旋转变换，得到每个所述刀具的旋转变换坐标；
依次获取每个所述刀具的旋转变换坐标，根据所述刀具所处的旋转变换坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据再次选定所述刀具受力模型，得到所述刀具在旋转变换坐标处与对应地层之间的相互作用力；
根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算每一种所述刀具中每个所述刀具坐标旋转变换后的旋转垂直力，并对坐标旋转变换后的所有所述刀具的旋转垂直力进行求和，得到挖掘过程中的刀具旋转垂直力总和；
获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具旋转垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到挖掘过程中的刀盘旋转总接触力；
将每个所述刀具的旋转垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的挖掘过程中的刀具旋转倾覆力矩，将每个所述刀具挖掘过程中的所述刀具旋转倾覆力矩求和，得到挖掘过程中的刀盘旋转倾覆力矩。
可选地，所述地层包括土层与岩层，所述刀具包括滚刀、超挖滚刀和切削刀；所述根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型，具体包括：
根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体；
根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标，并以刀盘中心为圆心、开挖半径为圆半径，构建地层分布模型；
根据所述刀具所在的位置，选择所述刀具对应的所述地层类型数据，构建所述地层分布模型内的映射关系；
所述映射关系的公式为：；
其中，为刀具受力模型，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为第/>把刀的刀具类型，/>为第/>把刀所处地层，/>代表第/>把刀。
可选地，所述破岩模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述岩层的相互作用力，所述破岩模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为滚刀与超挖滚刀对岩石的相互作用力，/>为滚刀与岩石的接触角弧度，/>为岩石破碎区压力，/>为滚刀半径，/>为滚刀刀尖宽度，/>为滚刀与超挖滚刀和地层的接触面积，/>为刀尖压力分布系数，/>为无量纲系数，/>为岩石单轴抗压强度，/>为岩石单轴抗拉强度，/>为刀间距，/>为盾构贯入度。
可选地，所述弹性地基量模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述土层的相互作用力，所述弹性地基量模型的公式为：
；
；
；
其中，为土体的土弹簧刚度，/>为土体的静止土压力系数，/>为土体的被动土压力系数，/>为刀具与土层接触面的平均贯入度，/>为滚刀接触土体的初始土压力，/>分别为滚刀与地层接触面的法向投影面积，/>为土体地基反力系数，/>为土体的基床系数。
可选地，所述土壤破坏模型用于计算所述切削刀与所述土层的相互作用力，且所述切削刀与所述岩层无相互作用，所述土壤破坏模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为第一中间参数，/>为土体摩擦角，/>为第二中间参数，/>为土体重度，/>为盾构贯入度，/>为土体侧边失效区半径，/>为侧边失效区与中心失效区夹角，β为中心失效区土体破坏角，/>为土体粘聚力，/>为刀具与土体粘聚力，/>为切削刀宽度，/>为切角，/>为刀具附加应力，/>为刀具与土体之间的摩擦角，/>为中心区刀土相互作用力，/>为切削刀刀刃投影宽度。
可选地，所述刀盘总接触力的计算公式为：
；
所述刀盘倾覆力矩的计算公式为：
；
；
其中，为刀盘总接触力，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为刀具垂直力与刀盘平面夹角，/>为切口水压，/>为主轴承半径，/>为刀盘水平倾覆力矩， />为刀盘竖向倾覆力矩，/>为刀具/>与刀盘中心原点的横坐标，/>为刀具/>与刀盘中心原点的纵坐标。
本申请还提出一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统包括：
数据获取模块，用于获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，所述刀盘上设置有多种刀具，且每种所述刀具均设置有多个；
地层分布模型构建模块，用于根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型；
相互作用力计算模块，用于获取所述刀具的刀具坐标，根据所述刀具坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据选定刀具受力模型，得到所述刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，所述刀具受力模型包括破岩模型、弹性地基量模型和土壤破坏模型；
刀具垂直力总和计算模块，用于根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算所述刀盘内每一种所述刀具中所有所述刀具的垂直力，并对所述刀盘的所有所述刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和；
刀盘总接触力计算模块，用于获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力；
刀盘倾覆力矩计算模块，用于将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩。
本申请还提出一种终端，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用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序被所述处理器执行时实现如所述的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的步骤。
本申请还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序被处理器执行时实现如所述的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的步骤。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请通过获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，刀盘上设置有多种刀具，且每种刀具均设置有多个，根据地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据孤石专勘数据建立分层土内的孤石岩体，根据分层土、孤石岩体和平面坐标构建地层分布模型，将复杂地层数据与刀盘数据融合构建地层分布模型，为量化的刀具受力计算提供基础；其次，本申请通过获取刀具的坐标，根据刀具所处的坐标判定刀具所处的地层类型数据，根据刀具类型数据与地层类型数据选定刀具受力模型，得到刀具与对应地层之间的相互作用力，能够计算滚刀和切削刀对不同地层的不同受力情况，根据选定的刀具受力模型，计算刀盘内所有刀具的垂直力，并对所有刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和，获取刀盘中心区泥水压力，将刀具垂直力总和加上刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力，将每个刀具的垂直力乘以刀具到刀盘中心的垂直距离，得到每个刀具的刀具倾覆力矩，将每个刀具的刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩，能够计算不同地层分布下掘进的刀盘接触力、刀盘倾覆力矩等受力特性，解决复合地层刀盘受力预测难的现状，且刀盘受力预测精度高，使得盾构机刀盘受力均匀，增加了施工的安全性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的较佳实施例的流程图；
图2是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的具体流程图；
图3是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的刀盘刀具坐标系示意图；
图4是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的工程地质分布示意图；
图5是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的盾构机刀盘接触力计算与实际对比示意图；
图6是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法中盾构机刀盘竖向倾覆力矩计算与实际对比示意图；
图7是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法中盾构机刀盘水平倾覆力矩计算与实际对比示意图；
图8是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统的较佳实施例的原理示意图；
图9为本申请终端的较佳实施例的运行环境示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法、系统、终端及计算机可读存储介质做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“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、系统、产品或设备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、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本申请提供一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法、系统、终端及计算机可读存储介质，以解决现有技术中计算超大直径泥水盾构穿越孤石地层刀盘受力时，刀盘受力预测精度不够精确，可能导致盾构机刀盘受力不均，姿态难以控制，存在施工安全隐患的问题。
请参阅图1至图7，图1是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的较佳实施例的流程图；图2是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的具体流程图；图3是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的刀盘刀具坐标系示意图；图4是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的工程地质分布示意图；图5是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的盾构机刀盘接触力计算与实际对比示意图；图6是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法中盾构机刀盘竖向倾覆力矩计算与实际对比示意图；图7是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法中盾构机刀盘水平倾覆力矩计算与实际对比示意图。
本申请提出一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，其中，如图1所示，用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法包括步骤：
所述步骤S100：获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，所述刀盘上设置有多种刀具，且每种所述刀具均设置有多个。
具体的，获取刀盘的平面坐标、盾构隧道施工段的地质勘测探的地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，根据上述数据，构建地层分布模型，刀盘上设置有多种刀具，且每种刀具均设置有多个，共同组成刀盘。
其中，还可以获取盾构机几何尺寸及主轴承半径参数，获取盾构机以刀盘中心为圆心的刀盘刀具平面坐标，并按滚刀、切削刀、超挖滚刀对刀具类型编号，获取工程理论施工参数（包括盾构贯入度、泥水压力、隧道轴心设计埋深），获取各刀具的几何尺寸参数，获取各地层原位测试所得物理力学参数（包括但不限于：土体粘聚力、内摩擦角、重度、基床系数、岩石饱和单轴抗压抗拉强度），以用于刀盘受力计算。
步骤S200：根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型。
具体的，根据地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据孤石专勘数据建立分层土内的孤石岩体，其中，分层土是由钻孔勘探得到的，同时还存在一些初步钻孔没有查到，但探测发现存在的孤石，但由于孤石分布很离散没规律，因此工程一般会再次对这个区域进行详细的孤石专勘，得到周围的孤石分布，如图4所示，在分层土中存在一个圆形的孤石区域。根据分层土、孤石岩体和平面坐标构建地层分布模型，用于量化刀盘的受力计算。
其中，所述地层包括土层与岩层，所述刀具包括滚刀、超挖滚刀和切削刀。
所述步骤S200：根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型，具体包括：
根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体；
根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标，并以刀盘中心为圆心、开挖半径为圆半径，构建地层分布模型；
根据所述刀具所在的位置，选择所述刀具对应的所述地层类型数据，构建所述地层分布模型内的映射关系；
所述映射关系的公式为：；
其中，为刀具受力模型，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为第/>把刀的刀具类型，/>为第/>把刀所处地层，/>代表第/>把刀。
具体的，根据地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据孤石专勘数据判断是否在分层土的局部置入大块孤石，建立分层土内的孤石岩体，由于孤石多为球状，因此以专勘钻孔探查存在孤石的数据中，以钻孔显示孤石厚度为直径，勘探点与隧道轴线水平距离为圆心x值，孤石中心埋深与隧道轴线竖向距离为圆心y值，根据分层土、孤石岩体和平面坐标，并以刀盘中心为圆心、开挖半径为圆半径，地层类别区分为土层与岩层，根据刀具坐标（xi，yi）对应所在地层类别，构建出分层土中存在局部孤石的地层分布模型，地层分布模型存在孤石无需治理直接穿越时的刀盘受力能够更好评估施工的安全性，根据刀具坐标对应的地层类型，构建地层分布模型内的映射关系；
所述映射关系的公式为：；
其中，为刀具受力模型，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为第/>把刀的刀具类型，/>为第/>把刀所处地层，/>代表第/>把刀。
步骤S300：获取所述刀具的刀具坐标，根据所述刀具坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据选定刀具受力模型，得到所述刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，所述刀具受力模型包括破岩模型、弹性地基量模型和土壤破坏模型。
具体的，获取刀具的坐标，根据刀具所处的坐标判定刀具所处的地层类型数据，根据刀具类型数据与地层类型数据选定相互作用的刀具受力模型，得到刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，滚刀与超挖滚刀对岩石的相互作用采用破岩模型计算，即CSM破岩模型；滚刀与超挖滚刀对土的相互作用采用弹性地基量模型；考虑土体的挤压被动破坏计算、切削刀与岩石无相互作用、切削刀与土体的相互作用采用土壤破坏模型计算，即简化Mckyes-Ali模型。
其中，所述破岩模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述岩层的相互作用力，所述破岩模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为滚刀与超挖滚刀对岩石的相互作用力，/>为滚刀半径，单位为m，/>为滚刀刀尖宽度，单位为m，/>为刀间距，单位为m，/>为滚刀与岩石的接触角弧度，/>为盾构贯入度，单位为m，/>为刀尖压力分布系数，取-0.2~0.2，/>为岩石单轴抗压强度，单位为kPa，/>为岩石单轴抗拉强度，单位为kPa，/>为无量纲系数，C≈2 .12，/>为岩石破碎区压力，单位为kPa，/>为刀具和地层的接触面积。
其中，所述弹性地基量模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述土层的相互作用力，所述弹性地基量模型的公式为：
；
；
；
其中，为土体的土弹簧刚度，/>为土体的静止土压力系数，/>为土体的被动土压力系数，/>为刀具与土层接触面的平均贯入度，单位为m，/>为土体地基反力系数，/>为土体的基床系数，单位为kPa/m，/>为滚刀接触土体的初始土压力，单位为kPa，/>分别为滚刀与地层接触面的法向投影面积，单位为m2。
其中，所述土壤破坏模型用于计算所述切削刀与所述土层的相互作用力，且所述切削刀与所述岩层无相互作用，所述土壤破坏模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为第一中间参数，/>为第二中间参数，/>为土体重度，单位为kPa，/>为土体摩擦角，单位为°，/>为土体粘聚力，单位为kPa，/>为切削刀宽度，单位为m，/>为土体侧边失效区半径，单位为m，/>为侧边失效区与中心失效区夹角，单位为°，β为中心失效区土体破坏角，单位为°，/>为切角，单位为°，/>为刀具与土体粘聚力，单位为kPa，/>为刀具与土体之间的摩擦角，单位为°，/>为刀具附加应力，单位为kPa，/>为中心区刀土相互作用力，单位为kN，/>为切削刀刀刃投影宽度，单位为m。
步骤S400：根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算所述刀盘内每一种所述刀具中所有所述刀具的垂直力，并对所述刀盘的所有所述刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和。
具体的，根据每一种刀具选定的刀具受力模型，对刀盘内每一种刀具中所有的刀具计算垂直力，并对所有刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和，便于计算刀盘总接触力。
步骤S500：获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力。
具体的，获取刀盘中心区泥水压力，将刀具垂直力总和加上刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力，刀盘总接触力能够更精确的评估刀盘受力精度。
步骤S600：将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩。
具体的，超挖滚刀垂直力需根据超挖角度进行换算成刀盘垂直力，将每个刀具的垂直力乘以刀具到刀盘中心的垂直距离，得到每个刀具的刀具倾覆力矩，将每个刀具的刀具倾覆力矩加和，得到刀盘倾覆力矩，能够更精确的评估刀盘受力精度。
其中，所述刀盘总接触力的计算公式为：
；
所述刀盘倾覆力矩的计算公式为：
；
；
其中，为刀盘总接触力，单位为kN，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为刀盘水平倾覆力矩，单位为kN·m，/>为刀盘竖向倾覆力矩，单位为kN·m，/>，/>为刀具/>与刀盘中心原点的坐标，/>为切口水压，/>为主轴承半径，/>为刀具垂直力与刀盘平面夹角。
其中，所步骤S600：将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩加和，得到刀盘倾覆力矩，之后还包括：
对每个所述刀具进行坐标旋转变换，得到每个所述刀具的旋转变换坐标；
依次获取每个所述刀具的旋转变换坐标，根据所述刀具所处的旋转变换坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据再次选定所述刀具受力模型，得到所述刀具在旋转变换坐标处与对应地层之间的相互作用力；
根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算每一种所述刀具中每个所述刀具坐标旋转变换后的旋转垂直力，并对坐标旋转变换后的所有所述刀具的旋转垂直力进行求和，得到挖掘过程中的刀具旋转垂直力总和；
获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具旋转垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到挖掘过程中的刀盘旋转总接触力；
将每个所述刀具的旋转垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的挖掘过程中的刀具旋转倾覆力矩，将每个所述刀具挖掘过程中的所述刀具旋转倾覆力矩求和，得到挖掘过程中的刀盘旋转倾覆力矩。
具体的，还可计算旋转刀盘模拟开挖过程的受力情况，对每个刀具进行坐标旋转变换，得到每个刀具的旋转变换坐标；获取刀具的旋转变换坐标，根据刀具所处的旋转变换坐标判定刀具所处的地层类型，根据刀具类型与地层类型再次选定刀具受力模型，得到刀具在旋转变换坐标处与对应地层之间的相互作用力；根据每一种刀具选定的刀具受力模型，计算每一种刀具中每个刀具坐标旋转变换后的旋转垂直力，并对坐标旋转变换后的所有刀具的旋转垂直力进行求和，得到挖掘过程中的刀具旋转垂直力总和；获取刀盘中心区泥水压力，将刀具旋转垂直力总和加上刀盘中心区泥水压力，得到挖掘过程中的刀盘旋转总接触力；将每个刀具的旋转垂直力乘以刀具到刀盘中心的垂直距离，得到每个刀具的挖掘过程中的刀具旋转倾覆力矩，将每个刀具挖掘过程中的刀具旋转倾覆力矩加和，得到挖掘过程中的刀盘旋转倾覆力矩，模拟出开挖刀盘旋转过程，最后汇总求得孤石地层掘进过程中刀盘旋转总接触力、刀盘旋转倾覆力矩，可用于评估穿越安全性和实际施工参数设置的合理性。
其中，所述刀盘刀具坐标旋转变换可通过旋转矩阵求得，具体公式如下：
；
其中，为刀盘旋转角度。
具体的，如图2至图7所示，一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的具体实施例，具体包括以下步骤：
图3为刀盘刀具坐标系示意图，其中刀盘直径为R=15.76m，滚刀配备132把，切削刀配备176把，边缘超挖滚刀20把。图4为典型孤石段地层分布示意图，在整段250m掘进过程中，洞内存在②1砾砂层、②2粉质粘土层、②3淤泥质土层、②4砾砂层、④砾质粘性土层、⑤1全风化花岗岩层、⑤2强风化花岗岩层、⑤3中风化花岗岩层、⑤4微风化花岗岩层和⑧孤石层。主要物理信息详见表1所示。
表1地层力学性质参数
根据提出的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，导入工程掘进250m范围内的实际采用贯入度、泥水压力，也就是直径为250m，计算该范围内的刀盘接触力、倾覆力矩计算数值与实际监测数据进行比对。图5为刀盘掘进施工接触力与理论预测接触力的对比，从图5可见在盾构机穿越孤石段前，实际接触力平均约为5474.04kN，理论接触力为4771.76kN。在穿越孤石段期间，实际接触力迅速增加，在理论接触力为15706.67kN处实际接触力为15733.65kN，穿越孤石段后刀具由于磨损和偏磨严重等原因，刀具开挖困难导致实际推力大于理论预测。图6和图7为刀盘水平和竖向倾覆力矩，在穿越孤石前后的刀盘倾覆里变化较小，在孤石段存在两组预测数据，位于掘进距离126m处的理论预测水平倾覆力和竖向倾覆里分别为：-3366.80和-15712.38/>，实际监测值为-3445/>和-15662/>，位于掘进距离139m处的理论预测水平倾覆力和竖向倾覆里分别为：-6415.95/>和-12883.11/>，实际监测值为-3566/>和-11141/>。可见，实际刀盘受力与计算受力高度吻合，若进行更为精细的地质勘探，构建详细地层数据，能够获得更高的预测精度。
本申请的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，通过考虑盾构机几何参数、刀具配备情况、地层分布情况等，构建了一套针对复杂地层开挖掘进的刀盘受力计算方法，能够计算滚刀和切削刀对不同地层的不同受力情况，并通过编制计算程序，能够计算不同地层分布下掘进的刀盘接触力、刀盘倾覆力矩等受力特性，解决复合地层刀盘受力预测难的现状；计算模型合理考虑盾构推进速度、泥水压力等参数，可通过调节施工参数对刀盘受力进行调整，可以此确定施工实际容许最大推进速度，提高复杂地层中的掘进效率；计算模型考虑了开挖期间刀盘旋转下同一地层分布下与岩土层作用的刀具类型和数量变化，提高了该处掘进的预测精度，可预测受力旋转一周的波动情况；计算方法能够考虑水平变异性的问题，对开挖掌子面存在孤石情况的刀盘受力进行预测，实现盾构在掘进孤石复杂地层下的刀盘受力预测，可有效预测存在孤石下，刀盘倾覆力矩、推力的变化，对工程考量能否直接穿越孤石段提供指导，当预测刀盘倾覆力矩超出容许限值则必须在掘进前对孤石进行相应预处理；克服泥水盾构复合刀盘穿越复杂地层推力预测难，刀盘倾覆计算难的问题。通过构建二维含球形孤石的地层平面，输入盾构刀具几何参数、地层物理参数、施工参数，结合刀具切削土岩作用模型，对单个刀具受力进行计算，并汇总至刀盘整体受力情况，从而为工程评估穿越复杂地层的施工安全性，合理调整施工参数提供有效参考。
请参阅图8至图9，图8是本申请用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统的较佳实施例的原理示意图；图9为本申请终端的较佳实施例的运行环境示意图。
在一些实施例中，如图8所示，基于上述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，本申请还提出一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统包括：
数据获取模块51，用于获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，所述刀盘上设置有多种刀具，且每种所述刀具均设置有多个；
地层分布模型构建模块52，用于根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型；
相互作用力计算模块53，用于获取所述刀具的刀具坐标，根据所述刀具坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据选定刀具受力模型，得到所述刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，所述刀具受力模型包括破岩模型、弹性地基量模型和土壤破坏模型；
刀具垂直力总和计算模块54，用于根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算所述刀盘内每一种所述刀具中所有所述刀具的垂直力，并对所述刀盘的所有所述刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和；
刀盘总接触力计算模块55，用于获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力；
刀盘倾覆力矩计算模块56，用于将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩。
在一些实施例中，如图9所示，基于上述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法和系统，本申请还相应提出一种终端，所述终端包括：存储器20、处理器10、显示器30，图9仅示出了终端的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
所述存储器20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20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20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20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20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20上存储有用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序40，该用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序40可被处理器10所执行，从而实现本申请中用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法。
所述处理器10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20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法等。
所述显示器30在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）触摸器等。所述显示器30用于显示在所述终端的信息以及用于显示可视化的用户界面。所述终端的部件10-30通过系统总线相互通信。
本申请还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序被处理器执行时实现如上所述的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的步骤。
综上所述，本申请通过获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，根据地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据孤石专勘数据建立分层土内的孤石岩体，根据分层土、孤石岩体和平面坐标构建地层分布模型，将复杂地层数据与刀盘数据融合构建地层分布模型，为量化的刀具受力计算提供基础；其次，本申请通过获取刀具的坐标，根据刀具所处的坐标判定刀具所处的地层类型，根据刀具类型与地层类型选定刀具受力模型，得到刀具与对应地层之间的相互作用力，能够计算滚刀和切削刀对不同地层的不同受力情况，根据选定的刀具受力模型，对刀盘内所有的刀具计算垂直力，并对所有刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和，获取刀盘中心区泥水压力，将刀具垂直力总和加上刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力，将每个刀具的垂直力乘以刀具到刀盘中心的垂直距离，得到每个刀具的刀具倾覆力矩，将每个刀具的刀具倾覆力矩加和，得到刀盘倾覆力矩，能够计算不同地层分布下掘进的刀盘接触力、刀盘倾覆力矩等受力特性，解决复合地层刀盘受力预测难的现状，且刀盘受力预测精度高，使得盾构机刀盘受力均匀，增加了施工的安全性。
需要说明的是，本申请实施例中介绍的多种可选的实施方式，彼此可以相互结合实现，也可以单独实现，对此本申请实施例不作限定。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作。因此，不能理解为对本申请的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
上述实施例是参考附图来描述的，其他不同的形式和实施例也是可行而不偏离本申请的原理，因此本申请不应被建构成为在此所提出实施例的限制。更确切地说，这些实施例被提供以使得本申请会是完善又完整，且会将本申请范围传达给本领域技术人员。在附图中，组件尺寸及相对尺寸也许基于清晰起见而被夸大。在此所使用的术语只是基于描述特定实施例目的，并无意成为限制。术语“包含”及/或“包括”在使用于本说明书时，表示所述特征、整数、构件及/或组件的存在，但不排除一或更多其他特征整数、构件、组件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陈述时，数值范围包含该范围的上下限及其间的任何子范围。
以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，其特征在于，包括：
获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，所述刀盘上设置有多种刀具，且每种所述刀具均设置有多个；
根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型；
获取所述刀具的刀具坐标，根据所述刀具坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据选定刀具受力模型，得到所述刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，所述刀具受力模型包括破岩模型、弹性地基量模型和土壤破坏模型；
根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算所述刀盘内每一种所述刀具中所有所述刀具的垂直力，并对所述刀盘的所有所述刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和；
获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力；
将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩；
所述地层包括土层与岩层，所述刀具包括滚刀、超挖滚刀和切削刀；所述根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型，具体包括：
根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体；
根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标，并以刀盘中心为圆心、开挖半径为圆半径，构建地层分布模型；
根据所述刀具所在的位置，选择所述刀具对应的所述地层类型数据，构建所述地层分布模型内的映射关系；
所述映射关系的公式为：；
其中，为刀具受力模型，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为第/>把刀的刀具类型，/>为第/>把刀所处地层，/>代表第/>把刀；
所述破岩模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述岩层的相互作用力，所述破岩模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为滚刀与超挖滚刀对岩石的相互作用力，/>为滚刀与岩石的接触角弧度，/>为岩石破碎区压力，/>为滚刀半径，/>为滚刀刀尖宽度，/>为滚刀与超挖滚刀和地层的接触面积，/>为刀尖压力分布系数，/>为无量纲系数，/>为岩石单轴抗压强度，/>为岩石单轴抗拉强度，/>为刀间距，/>为盾构贯入度，/>为第/>把所述滚刀与所述超挖滚刀对所述岩层的相互作用力；
所述弹性地基量模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述土层的相互作用力，所述弹性地基量模型的公式为：
；
；
；
其中，为土体的土弹簧刚度，/>为土体的静止土压力系数，/>为土体的被动土压力系数，/>为刀具与土层接触面的平均贯入度，/>为滚刀接触土体的初始土压力，分别为滚刀与地层接触面的法向投影面积，/>为土体地基反力系数，/>为土体的基床系数，/>为第/>把所述滚刀与所述超挖滚刀对所述土层的相互作用力；
所述土壤破坏模型用于计算所述切削刀与所述土层的相互作用力，且所述切削刀与所述岩层无相互作用，所述土壤破坏模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为第一中间参数，/>为土体摩擦角，/>为第二中间参数，/>为土体重度，/>为盾构贯入度，/>为土体侧边失效区半径，/>为侧边失效区与中心失效区夹角，β为中心失效区土体破坏角，/>为土体粘聚力，/>为刀具与土体粘聚力，/>为切削刀宽度，/>为切角，/>为刀具附加应力，/>为刀具与土体之间的摩擦角，/>为中心区刀土相互作用力，/>为切削刀刀刃投影宽度，/>为第/>把所述切削刀与所述土层的相互作用力；
所述刀盘总接触力的计算公式为：
；
所述刀盘倾覆力矩的计算公式为：
；
；
其中，为刀盘总接触力，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为刀具垂直力与刀盘平面夹角，/>为切口水压，/>为主轴承半径，/>为刀盘水平倾覆力矩， />为刀盘竖向倾覆力矩，/>为刀具/>与刀盘中心原点的横坐标，/>为刀具/>与刀盘中心原点的纵坐标。
2.根据权利要求1所述的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法，其特征在于，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法还包括：
对每个所述刀具进行坐标旋转变换，得到每个所述刀具的旋转变换坐标；
依次获取每个所述刀具的旋转变换坐标，根据所述刀具所处的旋转变换坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据再次选定所述刀具受力模型，得到所述刀具在旋转变换坐标处与对应地层之间的相互作用力；
根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算每一种所述刀具中每个所述刀具坐标旋转变换后的旋转垂直力，并对坐标旋转变换后的所有所述刀具的旋转垂直力进行求和，得到挖掘过程中的刀具旋转垂直力总和；
获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具旋转垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到挖掘过程中的刀盘旋转总接触力；
将每个所述刀具的旋转垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的挖掘过程中的刀具旋转倾覆力矩，将每个所述刀具挖掘过程中的所述刀具旋转倾覆力矩求和，得到挖掘过程中的刀盘旋转倾覆力矩。
3.一种用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统，其特征在于，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算系统包括：
数据获取模块，用于获取刀盘的平面坐标、地层分布数据、孤石专勘数据、刀具类型数据和地层类型数据，其中，所述刀盘上设置有多种刀具，且每种所述刀具均设置有多个；
地层分布模型构建模块，用于根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型；
相互作用力计算模块，用于获取所述刀具的刀具坐标，根据所述刀具坐标判定所述刀具所处的地层类型数据，根据所述刀具类型数据与所述地层类型数据选定刀具受力模型，得到所述刀具与对应地层之间的相互作用力，其中，所述刀具受力模型包括破岩模型、弹性地基量模型和土壤破坏模型；
刀具垂直力总和计算模块，用于根据每一种所述刀具选定的所述刀具受力模型，计算所述刀盘内每一种所述刀具中所有所述刀具的垂直力，并对所述刀盘的所有所述刀具的垂直力进行求和，得到刀具垂直力总和；
刀盘总接触力计算模块，用于获取刀盘中心区泥水压力，将所述刀具垂直力总和加上所述刀盘中心区泥水压力，得到刀盘总接触力；
刀盘倾覆力矩计算模块，用于将每个所述刀具的垂直力乘以所述刀具到所述刀盘中心的垂直距离，得到每个所述刀具的刀具倾覆力矩，将每个所述刀具的所述刀具倾覆力矩求和，得到刀盘倾覆力矩；
所述地层包括土层与岩层，所述刀具包括滚刀、超挖滚刀和切削刀；所述根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体，根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标构建地层分布模型，具体包括：
根据所述地层分布数据构建挖洞范围内的分层土，并根据所述孤石专勘数据建立所述分层土内的孤石岩体；
根据所述分层土、所述孤石岩体和所述平面坐标，并以刀盘中心为圆心、开挖半径为圆半径，构建地层分布模型；
根据所述刀具所在的位置，选择所述刀具对应的所述地层类型数据，构建所述地层分布模型内的映射关系；
所述映射关系的公式为：；
其中，为刀具受力模型，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为第/>把刀的刀具类型，/>为第/>把刀所处地层，/>代表第/>把刀；
所述破岩模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述岩层的相互作用力，所述破岩模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为滚刀与超挖滚刀对岩石的相互作用力，/>为滚刀与岩石的接触角弧度，/>为岩石破碎区压力，/>为滚刀半径，/>为滚刀刀尖宽度，/>为滚刀与超挖滚刀和地层的接触面积，/>为刀尖压力分布系数，/>为无量纲系数，/>为岩石单轴抗压强度，/>为岩石单轴抗拉强度，/>为刀间距，/>为盾构贯入度，/>为第/>把所述滚刀与所述超挖滚刀对所述岩层的相互作用力；
所述弹性地基量模型用于计算所述滚刀与所述超挖滚刀对所述土层的相互作用力，所述弹性地基量模型的公式为：
；
；
；
其中，为土体的土弹簧刚度，/>为土体的静止土压力系数，/>为土体的被动土压力系数，/>为刀具与土层接触面的平均贯入度，/>为滚刀接触土体的初始土压力，分别为滚刀与地层接触面的法向投影面积，/>为土体地基反力系数，/>为土体的基床系数，/>为第/>把所述滚刀与所述超挖滚刀对所述土层的相互作用力；
所述土壤破坏模型用于计算所述切削刀与所述土层的相互作用力，且所述切削刀与所述岩层无相互作用，所述土壤破坏模型的公式为：
；
；
；
；
其中，为第一中间参数，/>为土体摩擦角，/>为第二中间参数，/>为土体重度，/>为盾构贯入度，/>为土体侧边失效区半径，/>为侧边失效区与中心失效区夹角，β为中心失效区土体破坏角，/>为土体粘聚力，/>为刀具与土体粘聚力，/>为切削刀宽度，/>为切角，/>为刀具附加应力，/>为刀具与土体之间的摩擦角，/>为中心区刀土相互作用力，/>为切削刀刀刃投影宽度，/>为第/>把所述切削刀与所述土层的相互作用力；
所述刀盘总接触力的计算公式为：
；
所述刀盘倾覆力矩的计算公式为：
；
；
其中，为刀盘总接触力，/>为第/>把刀的垂直作用力，/>为刀具垂直力与刀盘平面夹角，/>为切口水压，/>为主轴承半径，/>为刀盘水平倾覆力矩， />为刀盘竖向倾覆力矩，/>为刀具/>与刀盘中心原点的横坐标，/>为刀具/>与刀盘中心原点的纵坐标。
4.一种终端，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用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序，所述用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述的用于超大直径泥水盾构穿越孤石地层的刀盘受力计算方法的步骤。
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Citations (7)

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