[发明专利]盾构地铁隧道岩层-衬砌受力变形的数值求解方法

权利要求书

1.一种盾构地铁隧道岩层-衬砌受力变形的数值求解方法，其特征在于：所述盾构地铁隧道岩层-衬砌受力变形的数值求解方法包括以下步骤：

1）根据地质勘察资料，提取隧道的几何参数与隧道岩层力学参数；所述隧道的几何参数包括隧道埋深与隧道直径；所述隧道岩层力学参数包括弹性模量、泊松比、重度与侧压力系数；

2）利用二维有限元软件ROCSCIENCE PHASE2建立二维数值计算模型并进行模型网格划分，明确二维数值计算模型边界条件与应力场条件，赋予二维数值计算模型力学参数，将二维数值计算模型算至平衡；

3）基于步骤2）计算的平衡后的二维数值计算模型，添加初始地应力平衡计算阶段，根据岩层重度与侧压力系数施加重力荷载，将二维数值计算模型位移清零，并将二维数值计算模型算至平衡，得到地应力平衡之后的模型；

4）基于步骤3）计算得到的地应力平衡之后的模型，添加控制位移计算阶段，在模型中开挖隧道，基于间隙参数明确非均匀变形收敛模式，计算位移边界，通过调试岩层边界每节点应力来控制位移边界，将模型算至平衡；

5）基于步骤4）计算得到的平衡后的模型，添加释放应力计算阶段，在隧道边界处施加衬砌，释放隧道边界应力并减小至0，将模型算至平衡；

6）基于步骤5）计算得到的平衡后的模型，获取岩层应力云图、位移云图、衬砌轴力分布图、衬砌弯矩图与衬砌变形分布图。

2.根据权利要求1所述的盾构地铁隧道岩层-衬砌受力变形的数值求解方法，其特征在于：所述步骤2）的具体实现方式是：

2.1）运行ROCSCIENCE PHASE2软件，在建模界面点击菜单栏选项Add External，输入坐标点创建模型外边界，所述模型尺寸为X × Y = 80 m × 30 m；点击菜单栏选项AddExcavation，点击鼠标右键在弹出的界面中选择Circle Options选项，输入隧道半径及挖掘中心坐标，创建圆形隧道的开挖边界，点击菜单栏选项Mesh Setup，在弹出的对话框中指定网格类型为Graded，单元类型指定为6 Noded Triangles，输入挖掘边界节点数；指定各项参数后，依次点击选项框中的Discretize选项和Mesh选项，完成模型建立与网格划分；

2.2）点击菜单栏中的选项Restrain X对二维数值计算模型左、右两侧施加法向约束，点击菜单栏选项Restrain X Y对二维数值计算模型底部施加固定约束，点击菜单栏选项Free Restraints将二维数值计算模型上边界设为自由边界；根据浅埋隧道应力分布特点，选择重力场作为模型的应力场条件，点击菜单栏选项Field Stress Parameters，在弹出的选项框中指定应力场类型为Gravity，输入地面标高、岩层单位重度与侧压力系数，点击选项框中的OK选项，完成模型应力场的设置；根据所提取的岩石力学参数赋予模型材料属性，点击菜单栏选项Define Material Properties，在弹出的选项框中选择弹性本构，输入弹性模量值与泊松比，完成模型的材料赋值。

3.根据权利要求2所述的盾构地铁隧道岩层-衬砌受力变形的数值求解方法，其特征在于：所述步骤3）的具体实施方式是：基于步骤2）中建立的二维数值计算模型，点击菜单栏选项Project Settings，添加计算阶段并命名为初始地应力平衡计算阶段；在本阶段点击菜单栏选项Displacements，在弹出的选项框中选择选项Reset All Displacements，将本阶段的位移清零，点击Compute选项将模型计算至平衡状态，得到地应力平衡之后的模型。