本發(fā)明涉及土木工程，尤其涉及一種掌子面最大開挖高度的計算方法、裝置、設備及介質。

背景技術：

1、近年來，隨著隧道施工技術的蓬勃發(fā)展，遇到難題越來越多，特別是隧道施工過程中遇到隧道遇到軟弱圍巖施工過程中，由于隧道掌子面最大開挖高度受多種參數影響，如果隧道掌子面開挖高度過小，則不易進行施工，如果隧道開挖高度過大，則易發(fā)生塌方現象。

2、因此，針對上述的技術缺陷，現提出一種解決方案。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供一種掌子面最大開挖高度的計算方法、裝置、設備及介質，其主要目的在于提升隧道施工的安全性。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供的一種掌子面最大開挖高度的計算方法，包括：

3、獲取開挖的隧道掌子面的破壞范圍，并查詢所述破壞范圍的開挖進尺和超前小導管支護數據，基于所述開挖進尺和所述超前小導管支護數據構建失穩(wěn)模型，得到掌子面失穩(wěn)模型；

4、通過極限分析上限法構建所述隧道掌子面虛功率的計算方程，得到虛功率計算方程；

5、通過所述掌子面失穩(wěn)模型和所述虛功率計算方程計算所述掌子面的外力功率和內能能耗，得到掌子面外力功率和掌子面內能能耗；

6、查找所述虛功率計算方程所需的參數，得到所需參數，其中，所需參數為巖體粘聚力、巖體摩擦角、隧道開挖進尺；

7、為所述隧道掌子面開挖過程中，所述虛功率計算方程設置安全系數，并基于所述所需參數計算所述隧道掌子面的最大開挖高度。

8、可選地，所述掌子面失穩(wěn)模型包括：隧道掌子面上方破壞區(qū)為錐體c，錐體c破裂面與水平面夾角為，速度為，速度方向豎直向下；掌子面前方破壞區(qū)為對數螺旋體s，對數螺旋體s：速度v，速度方向沿滑面向下，模型中對數螺線方程為：

9、

10、其中，r為變量極徑(對數螺旋線旋轉半徑)，為巖體內摩擦角，θ為變量角度，為旋轉半徑與oa的夾角，0≤θ≤π/2。

11、可選地，所述通過所述掌子面失穩(wěn)模型和所述虛功率計算方程計算所述掌子面的外力功率和內能能耗，得到掌子面外力功率和掌子面內能能耗，包括：

12、獲取所述掌子面的構造機動場，并查詢所述構造機動場中的巖土塊體，得到第一塊體和第二塊體；

13、獲取所述第一塊體和所述第二塊體的塊體參數，并通過所述掌子面失穩(wěn)模型中的對數螺旋線分別計算所述第一塊體和第二塊體的外力功率，得到第一塊體外力功率和第二塊體外力功率；

14、根據所述構造機動場獲取所述第一塊體和所述第二塊體的速度間斷面，并根據所述速度間斷面分別獲取所述第一塊體和所述第二塊體的內能耗散功率；

15、基于所述第一塊體外力功率和第二塊體外力功率以及所述第一塊體和所述第二塊體的內能耗散功率得到所述掌子面外力功率和掌子面內能能耗。

16、可選地，所述通過極限分析上限法構建所述隧道掌子面虛功率的計算方程，得到虛功率計算方程，包括：

17、通過定義所述隧道掌子面的失穩(wěn)模式，獲取所述隧道掌子面工作時的極限平衡狀態(tài)；

18、根據所述極限平衡狀態(tài)描述所述隧道掌子面中地質體的力場和速度場，得到地質體力場和地質體速度場；

19、基于所述地質體力場和地質體速度場構建虛功率的計算方程，得到所述虛功率計算方程。

20、可選地，所述為所述隧道掌子面開挖過程中，所述虛功率計算方程設置安全系數，并基于所述所需參數計算所述隧道掌子面的最大開挖高度，包括：

21、獲取所述掌子面開挖過程中的工程規(guī)范、歷史工程數據和風險評估結果，并根據所述工程規(guī)范、歷史工程數據和風險評估結果為所述虛功率計算方程設置安全系數；

22、基于所述所需參數和所述安全系數，通過優(yōu)化算法得到所述掌子面失穩(wěn)模型的最優(yōu)解；

23、根據所述最優(yōu)解得到優(yōu)化計算結果，評估所述隧道掌子面的穩(wěn)定性，并根據所述穩(wěn)定性的評估結果調整安全系數；

24、基于所述優(yōu)化計算結果和調整后的安全系數，計算當前地質條件和支護參數下的最大安全開挖高度。

25、可選地，所述根據所述工程規(guī)范、歷史工程數據和風險評估結果為所述虛功率計算方程設置安全系數，包括：

26、根據工程規(guī)范的最低要求，歷史工程數據的統計結果和風險評估的影響，進行初步的安全系數計算，得到初始安全系數；

27、為所述歷史工程數據的統計結果、工程規(guī)范的最低要求和所述風險評估的影響設置權重，

28、對權重進行調整，并根據所述權重的調整得到所述安全系數的調整結果，得到標準安全系數。

29、可選地，所述隧道掌子面上方破壞范圍為錐體，所述隧道掌子面前方破環(huán)范圍為對數螺旋體。

30、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種掌子面最大開挖高度的計算裝置，所述裝置包括：

31、模型構建模塊，用于獲取開挖的隧道掌子面的破壞范圍，并查詢所述破壞范圍的開挖進尺和超前小導管支護數據，基于所述開挖進尺和所述超前小導管支護數據構建失穩(wěn)模型，得到掌子面失穩(wěn)模型；

32、方程獲取模塊，用于通過極限分析上限法構建所述隧道掌子面虛功率的計算方程，得到虛功率計算方程；

33、參數計算模塊，用于通過所述掌子面失穩(wěn)模型和所述虛功率計算方程計算所述掌子面的外力功率和內能能耗，得到掌子面外力功率和掌子面內能能耗；查找所述虛功率計算方程所需的參數，得到所需參數，其中，所需參數為巖體粘聚力、巖體摩擦角、隧道開挖進尺；

34、高度計算模塊，用于為所述隧道掌子面開挖過程中，所述虛功率計算方程設置安全系數，并基于所述所需參數計算所述隧道掌子面的最大開挖高度。

35、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種電子設備，所述電子設備包括：

36、至少一個處理器；以及，

37、與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，

38、所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的計算機程序，所述計算機程序被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行如上所述的掌子面最大開挖高度的計算方法。

39、為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質，包括存儲數據區(qū)和存儲程序區(qū)，存儲數據區(qū)存儲創(chuàng)建的數據，存儲程序區(qū)存儲有計算機程序；其中，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現如上所述的掌子面最大開挖高度的計算方法。

40、本發(fā)明實施例首先獲取開挖的隧道掌子面的破壞范圍，通過查詢破壞范圍的開挖進尺和超前小導管支護數據，基于開挖進尺和超前小導管支護數據構建失穩(wěn)模型，得到掌子面失穩(wěn)模型；通過極限分析上限法構建隧道掌子面虛功率的計算方程，得到虛功率計算方程；通過掌子面失穩(wěn)模型和虛功率計算方程計算掌子面的外力功率和內能能耗，得到掌子面外力功率和掌子面內能能耗；查找虛功率計算方程所需的參數，得到所需參數；為隧道掌子面開挖過程中，虛功率計算方程設置安全系數，并基于所需參數計算隧道掌子面的最大開挖高度。因此本發(fā)明提出的掌子面最大開挖高度的計算方法、裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質，通過建掌子面失穩(wěn)模型并計算外力功率與內能能耗查找虛功率計算方程所需的參數，得到所需參數，基于為隧道掌子面開挖過程中，虛功率計算方程設置安全系數，計算隧道掌子面的最大開挖高度，提高隧道施工的安全性。