[发明专利]一种变异地层与隧道数值模型不匹配网格映射方法

说明书

一种变异地层与隧道数值模型的不匹配网格映射方法，本发明涉及不确定地层中隧道结构概率分析领域，具体涉及一种用来解决变异地层与隧道数值模型网格不匹配的自动映射方法。本发明建立的变异地层与隧道数值模型的不匹配网格映射方法，可以较好地考虑变异地层模拟时的规整网格和隧道数值模型中畸变网格不匹配的难题，通过提出的方法，可以将变异地层网格单元的不同土体类型自动地映射到隧道数值模型中，为后续研究地层变异性对隧道结构受力变形分析提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及不确定地层中隧道结构概率分析领域，具体涉及一种用来解决变异地层与隧道数值模型网格不匹配的自动映射方法。

背景技术

由于复杂的地质、环境和物理化学过程，自然界岩土体的性质有着较大的不确定性，很少是均质的，且对隧道等地下结构影响较大，这是被人们广泛接受的(Elkateb等，2003)。地层的变异性通常表现为一种岩土体在另一种岩土体中不规则嵌入分布(Elfeki，2006a)，也常称为地层的不均匀性、非均质性等。耦合马尔可夫链模型(Coupled MarkovChain，CMC)是一种在无需知道地层方向的情况下模拟地层变异性的方法。胡群芳(2006)引入耦合马尔可夫链模型，在宏观层面对土体的随机转移状态进行了预测，后续许多研究者也对其进行了改进(Cao等，2021；Zhang等，2022)，是目前研究地层变异性最广泛使用的模拟方法之一。

关于变异地层模拟，通常将地层均匀分割为规则的长方形网格单元，而钻孔信息分割为一个个长方形的网格单元，通过耦合马尔可夫链模型由有限几个钻孔生成整个范围内的地层分布情况。另一方面，在数值模拟中，由于隧道结构的存在，通常网格划分不可能像地层划分一样为均匀的长方形网格单元(如图1所示)。这样在将变异地层模拟结果映射到隧道数值模拟中的时候，如何更精准且自动化地将变异地层结果映射到隧道结构中就是急需解决的一个难题。

综上所述，目前存在的问题主要在于：针对变异地层中隧道受力变形分析研究中，(1)由于隧道结构的存在，数值模拟中网格的划分是不规整的；(2)而变异地层模拟的长方形网格是不一致的，这种网格不匹配问题在将变异地层的土体类型映射到隧道数值模拟中的一大难点！

而本发明提出的变异地层与隧道数值模型的不匹配网格映射方法，可以将变异地层的土体类型自动地映射到隧道数值模型中，这将有助于结合蒙特卡洛分析，来更好地研究地层变异条件下的隧道结构受力变形分析。

发明内容

本发明建立的变异地层与隧道数值模型的不匹配网格映射方法，可以较好地考虑变异地层模拟时的规整网格和隧道数值模型中畸变网格不匹配的难题，通过提出的方法，可以将变异地层网格单元的不同土体类型自动地映射到隧道数值模型中，为后续研究地层变异性对隧道结构受力变形分析提供了技术支撑。

本发明采用以下技术方案，主要有如下步骤：

一种变异地层与隧道数值模型的不匹配网格映射方法，其特征是按如下步骤实施：

(1)步骤1：针对拟研究隧道场地，收集相应钻孔及现场勘察数据等场地信息为后续地层变异模拟做准备，同时对研究隧道的尺寸以及相关隧道材料参数等进行收集；

(2)步骤2：基于收集的钻孔信息，确定地层变异模拟网格单元大小，利用耦合马尔可夫链模型计算该研究场地的竖向转移概率矩阵和水平转移概率矩阵，结合收集钻孔信息对所选地层断面进行模拟，得到选定场地范围内每个模拟单元的土体类型；

(3)步骤3：根据CMC模型模拟得到的变异地层结果，获取每个变异地层网格单元的左右上下四个边界，用X₁,X₂,Z₁和Z₂来表示，同时，也标定相应的土体类型(用S₁，S₂，…S_n表示)；进入步骤4。