[发明专利]一种基于虚拟质心转移矢量的轴对称隧巷道非均称变形表征方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟质心转移矢量的轴对称隧巷道非均称变形表征方法，涉及岩土工程技术领域，旨在解决轴对称隧巷道的非均称变形表征难题，本发明分为三步骤，安装一根锚索，作为定位坐标系的参照物，沿隧巷道每隔一定距离每隔一定时间，架设激光断面仪，记录激光断面仪的空间坐标，测取隧巷道开挖轮廓线包络图；计算不同测点不同时间的隧巷道开挖轮廓线包络图的质心位置，进而得到相同测点不同时间的虚拟质心转移矢量；以虚拟质心转移矢量的方向表征隧巷道非均称变形的主体趋势，以虚拟质心转移矢量的标量表征隧巷道非均称变形的相对强烈程度；优点在于：可以充分描述隧巷道表面收敛的空间分布信息，且测量精确度高、人工误差小。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种基于虚拟质心转移矢量的轴对称隧巷道非均称变形表征方法。

背景技术

矩形、拱形、圆形和椭圆形等轴对称断面在隧道及地下工程领域普遍存在，但是由于地应力不均衡分布、褶曲断层溶洞等岩体结构、不等强支护结构、工程扰动等因素的影响，轴对称隧巷道经常出现非均称变形，进而引发隧巷道围岩系统性失稳破坏。

目前隧巷道非均称变形的表征主要采用统计学方法，如由最大值、上四分位数、中位数、下四分位数、最小值和平均值组成的盒型图，盒型图可以描述出一个断面的表面变形量分布状况，但是与工程现场脱离，仅用统计方法，不能充分表征隧巷道表面收敛的空间分布信息。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于虚拟质心转移矢量的轴对称隧巷道非均称变形表征方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于虚拟质心转移矢量的轴对称隧巷道非均称变形表征方法，具体方法如下：

a、安装一根锚索，作为定位坐标系的参照物，沿隧巷道每隔一定距离设置测点，架设激光断面仪，记录激光断面仪的空间坐标，并每隔一定时间，测取隧巷道开挖轮廓线包络图；

b、假设隧巷道开挖轮廓线包络图为均匀薄片，计算不同测点不同时间的隧巷道开挖轮廓线包络图的质心位置，进而得到相同测点不同时间的虚拟质心转移矢量；

c、以虚拟质心转移矢量的方向表征隧巷道非均称变形的主体趋势，以虚拟质心转移矢量的标量表征隧巷道非均称变形的相对强烈程度，建立虚拟质心转移矢量与隧巷道非均称变形的对应关系。

优选的：所述的锚索的长度为开挖洞径的3～5倍，所述的锚索的锚固长度为锚杆长度的 1/3以内，不施加预应力。

优选的：所述的隧巷道开挖轮廓线包络图的质心位置的计算方法为离散积分法，其表达方式为：

式中n为离散数据点的个数，x_i、y_i分别为离散数据点的x、y方向坐标，x₀、y₀分别为隧巷道开挖轮廓线包络图的质心的x、y方向坐标。

优选的：所述的虚拟质心转移矢量与隧巷道非均称变形的对应关系为：①虚拟质心转移矢量的方向和隧巷道非均称变形的主体趋势方向相同；②虚拟质心转移矢量的标量越大，隧巷道非均称变形的相对强烈程度越大，反之亦然。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明巧妙利用轴对称隧道非均称变形造成开挖轮廓线包络图质心转移特征，提出了一种基于虚拟质心转移矢量的轴对称隧巷道非均称变形表征方法，可以充分描述隧巷道表面收敛的空间分布信息。同时该方法测量精确度高、人工误差小，可以直观的描述随巷道的变形动态及准确的压力情况，为隧巷道工作人员的安全提供了技术保障；

(1)锚索的长度为洞径的3-5倍，并采用端锚锚固方式，可以确定锚索为近似零位移状态。将锚索作为定位坐标系的参照物，测量的隧巷道表面收敛量精度高；