本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)，具體地涉及一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、地下工程，尤其是隧道、地下礦井及深基坑等工程建設(shè)中，巖體支護(hù)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。為了提高工程的安全性、減少施工成本以及延長結(jié)構(gòu)使用壽命，巖體加固技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其中錨桿支護(hù)作為一種常見且高效的加固方式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種地下工程中。錨桿的作用是通過將巖體與地表或結(jié)構(gòu)物之間建立牢固的連接，從而提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2、然而，傳統(tǒng)的錨桿布置方法通常基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，未能充分考慮到巖體的力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)條件以及施工環(huán)境等因素。隨著地下工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及工程復(fù)雜度的提高，傳統(tǒng)的錨桿布置方式在優(yōu)化支護(hù)效果、降低施工成本和提高施工效率方面逐漸暴露出一定的不足。因此，如何科學(xué)合理地分布錨桿，最大限度地發(fā)揮其加固作用，成為了當(dāng)前地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要研究課題。

3、錨桿分布優(yōu)化問題本質(zhì)上是一個(gè)多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化問題。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法通常依賴于經(jīng)驗(yàn)公式和現(xiàn)場勘測，無法充分考慮巖體的不均勻性、錨桿之間的相互作用以及外部荷載的復(fù)雜變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，用于全部或至少部分的解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法充分考慮巖體的不均勻性、錨桿之間的相互作用以及外部荷載的復(fù)雜變化的技術(shù)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，包括：

3、采樣隧道圍巖數(shù)據(jù)并開展室內(nèi)試驗(yàn)，得到巖石的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)；

4、基于所述巖石的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得到巖石非線性本構(gòu)關(guān)系曲線，確定巖石非線性本構(gòu)關(guān)系；

5、確定錨桿初始參數(shù)，并開展基于近場動(dòng)力學(xué)的數(shù)值分析，模擬隧道開挖卸荷以及插入錨桿后的圍巖位移，評估圍巖變形程度；

6、基于所述圍巖變形程度，優(yōu)化錨桿分布長度與間距。

7、可選的，根據(jù)以下公式確定錨桿的錨固深度參數(shù)：

8、；

9、式中，為錨桿鋼材的許用拉應(yīng)力，為砂漿與錨桿之間的許用粘結(jié)力，d為錨桿的直徑，l1為錨錨桿的固深度。

10、可選的，若錨桿采用等間距分布，則根據(jù)以下公式模擬隧道開挖卸荷；

11、；

12、式中， k為安全系數(shù)， i為錨桿之間的間距， γ為巖體的容重， h0為錨桿的有效長度。

13、可選的，使用近場動(dòng)力學(xué)模擬的錨桿分布下的圍巖應(yīng)力分布如下：

14、；

15、；

16、；

17、；

18、式中，為體應(yīng)變，，k表示體積模量，表示物質(zhì)點(diǎn)密度，與表示作用前后物質(zhì)點(diǎn)位移，為作用物質(zhì)點(diǎn)對中 x號物質(zhì)點(diǎn)向外作用的力矢量狀態(tài)，為體力，表示物質(zhì)點(diǎn)的體積，為初始位置矢量，為相對位移矢量，為加權(quán)體積標(biāo)量系數(shù)，為鍵伸長狀態(tài)的偏張量，為影響函數(shù)，為近場動(dòng)力學(xué)參數(shù)，通過簡單加載試驗(yàn)測量。

19、可選的，根據(jù)以下公式評估圍巖變形程度：

20、；

21、式中，為物質(zhì)點(diǎn)計(jì)算位移，為物質(zhì)點(diǎn)容許位移。

22、可選的，根據(jù)以下公式優(yōu)化錨桿分布長度與間距：

23、；

24、式中， l為錨桿的設(shè)計(jì)長度， s為錨桿的設(shè)計(jì)間距，[ l]為錨桿最小容許長度，[ s]為錨桿最小容許間距， g為物質(zhì)點(diǎn)加權(quán)計(jì)算分?jǐn)?shù)，?rn表示n維度實(shí)數(shù)集。

25、可選的，根據(jù)以下公式計(jì)算物質(zhì)點(diǎn)加權(quán)計(jì)算分?jǐn)?shù) g：

26、；

27、式中，表示圍巖的范圍重要性權(quán)重?cái)?shù)值， mi表示圍巖變形程度，n表示物質(zhì)點(diǎn)總數(shù)。

28、另一方面，本發(fā)明還提供一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

29、采樣單元，用于采樣隧道圍巖數(shù)據(jù)并開展室內(nèi)試驗(yàn)，得到巖石的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)；

30、確定單元，用于基于所述巖石的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，得到巖石非線性本構(gòu)關(guān)系曲線，確定巖石非線性本構(gòu)關(guān)系；

31、評估單元，用于確定錨桿初始參數(shù)，并開展基于近場動(dòng)力學(xué)的數(shù)值分析，模擬隧道開挖卸荷以及插入錨桿后的圍巖位移，評估圍巖變形程度；

32、優(yōu)化單元，用于基于所述圍巖變形程度，優(yōu)化錨桿分布長度與間距。

33、另一方面，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上進(jìn)行運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法的步驟。

34、另一方面，本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法的步驟。

35、通過上述技術(shù)方案，采樣圍巖并開展室內(nèi)試驗(yàn)，得到巖石的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，開展線性回歸，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非線性本構(gòu)關(guān)系曲線，確定錨桿初始參數(shù)，開展基于近場動(dòng)力學(xué)的數(shù)值分析，模擬隧道開挖卸荷并插入錨桿后的圍巖位移，評估圍巖變形程度，優(yōu)化錨桿分布長度與間距，得到特定圍巖結(jié)構(gòu)下的錨桿最優(yōu)長度與分布間距。從而全面提升隧道支護(hù)優(yōu)化的準(zhǔn)確性和有效性。

36、本發(fā)明實(shí)施例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)以下公式確定錨桿的錨固深度參數(shù)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，若錨桿采用等間距分布，則根據(jù)以下公式模擬隧道開挖卸荷；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，使用近場動(dòng)力學(xué)模擬的錨桿分布下的圍巖應(yīng)力分布方法如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)以下公式評估圍巖變形程度：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)以下公式優(yōu)化錨桿分布長度與間距：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算物質(zhì)點(diǎn)加權(quán)計(jì)算分?jǐn)?shù)g：

8.一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上進(jìn)行運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法的步驟。

10.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于非線性近場動(dòng)力學(xué)的隧道支護(hù)優(yōu)化方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，屬于結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域。該方法包括：采樣隧道圍巖數(shù)據(jù)并開展室內(nèi)試驗(yàn)，得到巖石的應(yīng)力?應(yīng)變數(shù)據(jù)；基于其進(jìn)行模擬得到巖石非線性本構(gòu)關(guān)系曲線，確定巖石非線性本構(gòu)關(guān)系，確定錨桿初始參數(shù)并開展基于近場動(dòng)力學(xué)的數(shù)值分析，模擬隧道開挖卸荷以及插入錨桿后的圍巖位移，評估圍巖變形程度；并優(yōu)化錨桿分布長度與間距。通過采樣圍巖并開展室內(nèi)試驗(yàn)以及開展基于近場動(dòng)力學(xué)的數(shù)值分析，模擬隧道開挖卸荷并插入錨桿后的圍巖位移，評估圍巖變形程度，優(yōu)化錨桿分布長度與間距，全面提升隧道支護(hù)優(yōu)化的準(zhǔn)確性和有效性。

技術(shù)研發(fā)人員：郭旭,劉暢,戚宇航,王東博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2