[发明专利]一种处于隧道施工最不利位置的建筑物破坏情景构建方法

说明书

技术领域

本发明属于地铁施工安全管理技术领域，特别是指一种处于隧道施工最不利位置的建筑物破坏情景构建方法。

背景技术

随着社会的高速发展，城市人口密集，空间拥挤，交通堵塞，开发利用城市地下空间是21世纪城市发展的必经之路，国际上许多学者将21世纪称之为“地下空间开发利用的世纪”。

地铁，是城市建设的生命线工程，地铁建设为整座城市的交通提供便利的同时，也给城市的安全埋下了巨大的隐患。

城市隧道大多数分布在人口密集的繁华地区，地表建筑密集，隧道施工不可避免会对建筑物造成影响。其影响主要是由于隧道、地层、建筑物之间相互作用引起的。由于建筑物与隧道平面几何位置关系一般都不是正交，隧道以不同角度穿越建筑的情况较多，均有可能使地表发生不均匀沉降导致建筑物破坏。

发明内容

为了解决以上城市隧道施工中存在的问题，本发明提出一种处于隧道施工最不利位置的建筑物破坏情景构建方法，以指导隧道以最不利位置穿越建筑物而引起建筑物破坏的防治。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种处于隧道施工最不利位置的建筑物破坏情景构建方法，其包括以下步骤：

S1)建立隧道在不同角度条件下穿越建筑物的模型，计算地表沉降，确定建筑物与隧道施工的最不利位置；

S2)通过运用midas/gts建立三维模型，得出处于最不利位置的建筑结构内力值和沉降值；

S3)评定建筑结构是否失效；

S4)整合数据，使用3D MAX软件将建筑物与隧道最不利位置的变形可视化。

上述技术方案中，步骤S1)采用peck公式计算地表沉降。

上述技术方案中，步骤S1)中，建筑物与隧道施工的最不利位置通过下式计算：

当α＝90时沉降量最大，即建筑物长轴与隧道中心线平行时为最不利位置。

上述技术方案中，步骤S2)通过运用midas/gts建立三维模型，先定义材料属性、几何绘图网格划分最终得出建筑结构内力值和沉降值，其步骤如下：

S21)统计各地层的物理学参数，依次输入midas/gts软件；

S22)逐步模拟隧道挖掘过程，计算建筑物变形数据；

S23)输出建筑物沉降、倾斜、内力值。

上述技术方案中，步骤S21)中数据来源于实际工程现场实测数据，基于现场勘测的基础上统计出各地层的物理力学参数，包括地层厚度、泊松比、密度、内摩擦角、粘聚力、弹性模量、抗拉强度、抗压强度，模型的边界这些数据为后期建模打下坚实的基础；

模型的长度为隧道宽度的2倍，模型左右边界为水平约束，模型上边界为自由端，模型下边界同时作用水平约束和竖直约束。

上述技术方案中，步骤S3)具体步骤如下：

S31)模拟隧道施工、土体受到扰动的过程，建筑物构件受到附加应力，计算附加应力和位移增加量；

S32)判断构件受力和位移是否超出限值：

若未超出则结构不发生破坏；

若超出则构件失效，构件退出工作并将此构件自重加入其他构件；判断整体或局部结构是否形成几何可变体系：

若否则结构不发生破坏；若是则结构破坏。

上述技术方案中，步骤S4)具体包括：

S41)利用具有断裂构件的建筑物的实体图像获得建筑物构件断裂的数据模型；

S42)虚拟建筑物不均匀沉降模型；

S43)对构建好的所述建筑物构件断裂的数据模型进行断裂处理；

S44)虚拟建筑物破坏动画。

上述技术方案中，步骤S41)具体包括：

S411)引入一张具有构件断裂数据信息的图像，将断裂的数据信息映射至需要被断裂计算的虚拟平面上；

S412)捕捉平面的断裂裂纹图像的纹理信息，并与原平面的裂纹图像的纹理信息进行进一步的匹配设置；

S413)进一步处理样条线图像数据，即在数据中添加深度的设置，使其成为一个参数化数据模型。

上述技术方案中，步骤S43)中，是利用破坏程序对所述建筑物破坏数据模型进行破坏处理，利用破坏程序进行构件断裂的具体方法为：

S431)利用破坏程序引入建筑物模型到对象模块中，将其指定为作用物体；

S432)通过断裂模块对作用物体进行断裂计算，得到更多的建筑物断裂模型；

S433)在执行第一次的断裂计算后，将第一次的断裂结果作为作用物体，再一次执行断裂指令，执行更细化的断裂数据处理；