[发明专利]一种基于数字孪生的近接工程建设荷载试验方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的近接工程建设荷载试验系统，包括近接工程‑地层‑既有结构数字孪生体和分别与所述近接工程‑地层‑既有结构数字孪生体通信连接的施工现场物理空间和地层结构物理模型试验。本发明还提供了一种使用所述的基于数字孪生的近接工程建设荷载试验系统的试验方法。本发明有益效果如下：通过融合混合试验技术和数字孪生技术，克服了传统混合试验技术的数值模型保真性问题；可以兼顾近接工程建设荷载试验的两大需求，即近接工程‑地层‑既有结构间的动态相互作用与既有地下结构损伤演化机制。

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的近接工程建设荷载试验方法及系统。

背景技术

随着我国城镇化建设的快速发展，以地铁网络、综合管廊、地下停车场等为主导的城市地下空间开发进程正在快速推进，并呈现出密集化发展趋势。因此，盾构隧道掘进、基坑开挖等工程建设难免对邻近既有地下结构的稳定性和安全性产生不利影响。近接工程建设过程会扰动邻近地层，使其变形场和应力场发生改变，进而形成作用于既有地下结构的附加水土压力。这种近接工程对既有地下结构的附加荷载作用称为近接工程建设荷载。近接工程建设荷载易引发混凝土开裂、接缝张开、渗漏水等问题，甚至导致构件屈服、结构破坏等严重后果。因此，有必要采用试验方法探明近接工程建设荷载的发展规律，为地下结构的变形控制和安全保护奠定基础。

目前，近接工程建设荷载的试验数据基本依赖于离心模型试验方法，该试验方法已被应用于研究盾构隧道掘进、基坑开挖等近接工程对既有地下结构的影响。但该试验方法具有显著的缩尺效应，即通常采用小比尺模型模拟大尺度的近接工程-地层-既有结构系统。小比尺模型相似比通常小于四十分之一，仅能采用均质弹性材料和无接缝的结构形式模拟地下结构，难以反映地下钢筋混凝土结构、盾构管片接头等非线性特征。

因此，有必要提出既能反映近接工程-地层-既有结构间的动态相互作用，又能反映既有地下结构损伤演化机制的、适用于近接工程建设荷载模拟的试验方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的近接工程建设荷载试验方法及系统，其采用数字孪生技术模拟近接工程-地层-既有结构间的动态相互作用，解决混合试验中数值子结构的保真性问题，并采用混合试验模拟既有地下结构损伤演化机制，实现近接工程建设荷载的室内试验研究，从而可以解决背景技术中涉及的技术问题。

本发明的技术方案为：

一种基于数字孪生的近接工程建设荷载试验系统，包括近接工程-地层-既有结构数字孪生体和分别与所述近接工程-地层-既有结构数字孪生体通信连接的施工现场物理空间和地层结构物理模型试验，其中：

所述施工现场物理空间，用于提供位移和/或力实时监测数据并输出给所述近接工程-地层-既有结构数字孪生体；

所述近接工程-地层-既有结构数字孪生体，用于根据位移和/或力实时监测数据建立高保真数值模型，通过该高保真数值模型开展施工过程预演，评估建造风险，为施工现场提供风险预警和施工参数优化，同时生成力学边界条件并输出给所述地层结构物理模型试验；

所述地层结构物理模型试验通过作动器加载模拟该力学边界条件，获得既有结构力学响应数据，并反馈给所述近接工程-地层-既有结构数字孪生体，所述近接工程-地层-既有结构数字孪生体根据反馈的既有结构力学响应数据为所述施工现场物理空间提供建造风险超前预警。

作为本发明的一种优选改进，所述力学边界条件包括边界位移数据和边界力数据。

作为本发明的一种优选改进，所述地层结构物理模型试验采用大比尺模型。

本发明还提供了一种使用所述的基于数字孪生的近接工程建设荷载试验系统的试验方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、在施工现场物理空间布设监测点，利用传感器获取监测点的位移和/或力实时监测数据；