[发明专利]一种地铁隧道岩土体等效计算参数反演方法

摘要

本发明涉及一种地铁隧道岩土体等效计算参数反演方法。采集地表沉降监测数据，经回归分析后作为反演计算的目标；建立标准有限元模型；提取土层的原始勘察参数并进行加权计算处理；在设定优化参数范围的条件下，在各参数取值空间内采用拉丁超立方取样方法获取样本组，将各样本组带入标准模型进行计算，并对得到的结果拟合生成响应面。在响应面上，取得对应实际沉降值的土体参数，视为等效参数。包括等效弹性模量、等效粘聚力、等效内摩擦角、等效泊松比。本发明专利有效的利用常规的监测数据和勘察数据反演土层的等效计算参数，对地铁暗挖区间的复杂土层条件有一定的适应能力，本发明具有计算范围广、精确度高、计算量小、计算速度快、操作方便。

主权项

一种地铁隧道岩土体等效计算参数反演方法，其特征在于包括以下步骤：1)实测数据的提取与回归分析，包括：1.1)设定监测点，并获取各个监测点距隧道中线的距离x，以及监测点的沉降值y；1.2)对实测数据(x,y)进行回归分析，回归公式为得到常数项并得到曲线公式其中最大沉降值沉降槽宽度2)建立标准有限元计算模型，包括：2.1)建立几何模型：有限元模型的隧道上部土体厚度按实际埋深选取，模型的隧道下部距离取距隧道底边缘2D的长度；模型的纵深取为单位长度1；模型的隧道两侧土体边界距隧道边缘的距离为4D；其中D表示隧道的直径；模型底边界为固定边界；模型在两个水平方向上分别约束该水平方向位移；模型顶面为自由面，不做任何约束，岩土本构关系采用理想弹塑性本构模型与摩尔‑库伦强度准则；2.2)确定标准有限元计算模型输入参数：提取几何模型范围内各层土体的厚度h、天然重度γ、粘聚力c、内摩擦角压缩模量E、泊松比v，并计算加权平均参数，包括：加权平均重度γ加权、加权平均粘聚力c加权、加权平均内摩擦角加权平均压缩模量E加权和加权平均泊松比ν加权；以这些加权平均参数作为在几何模型中土体的初始输入参数；3)设定目标计算量、优化参数及其取值空间，包括：3.1)设定目标计算量y回归：y回归为步骤1)中回归曲线上的最大沉降值，即y回归＝smax；3.2)设定优化参数及其取值空间：包括粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比，各参数的取值范围以步骤2.2)中计算的加权平均粘聚力、加权平均内摩擦角、加权平均泊松比为基准分别减少和增加20％，即粘聚力取值范围为[80％加权平均粘聚力，120％加权平均粘聚力]；内摩擦角取值范围为[80％加权平均内摩擦角，120％加权平均内摩擦角]；泊松比取值范围为[80％加权平均泊松比，120％加权平均泊松比]；根据经验，弹性模量取值范围为[300％加权平均压缩模量，500％加权平均压缩模量]；4)优化参数敏感性分析，包括：4.1)在步骤3.2)确定的各个优化参数的取值空间内，由采用拉丁超立方抽样方法进行扫描取样并将生成的每组样本带入步骤2.1)和步骤2.2)建立的标准有限元模型中进行计算，从各计算结果中分别提取(c1，y计算1)，……，(cn，y计算n)；(E1，y计算1)，……，(En，y计算n)；(ν1，y计算1)，……，(vn，y计算n)形成各参数与计算沉降y计算的离散关系，其中y计算为步骤2.1)和步骤2.2)建立的标准有限元模型计算的、隧道轴线正上方地表沉降值；4.2)对步骤4.1)得到的各参数与计算沉降y计算的离散关系，利用最小二乘法进行线性回归，从而分别得到参数粘聚力c、内摩擦角弹性模量E、泊松比ν与计算沉降y计算的关系曲线，进而得到参数粘聚力c、内摩擦角弹性模量E、泊松比ν与计算沉降y计算的关系曲面，即5)确定等效参数，用于有限元模拟计算，包括：5.1)在步骤4.2)得到的曲面上取y计算i使y计算i＝y回归，得到对应的粘聚力ck、内摩擦角弹性模量Ek、泊松比νk，其中y回归为步骤3.1)设定的计算目标；5.2)以步骤5.1)得到粘聚力ck、内摩擦角弹性模量Ek、泊松比νk为等效粘聚力、等效内摩擦角、等效弹性模量、等效泊松比；以步骤2.2)得到的加权平均重度γ加权为等效重度，从而得到地铁隧道岩土体的等效计算参数，用于有限元模拟计算。