一种基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法与流程

本发明涉及隧道工程，特别涉及一种基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法。

背景技术：

1、隧道施工因掘进地层损失、开挖后地层变形等引起周边地层扰动是难以避免的，但地层扰动的大小、对周边建构筑物变形或地面的沉降程度会受埋深、开挖洞径、地层特点等因素影响。

2、现有的隧道施工地层扰动的研究基本都是基于地层特性、施工过程进行有限元进行分析，得到地层扰动的范围，最终得到隧道施工对周边环境影响大小。有限元计算方法适应于连续介质，其优势在于建模计算分析基础数据获取便捷、计算速度较快、应用广泛。

3、但现有的技术都是针对地层特性及施工的特定情况的预分析，无法考虑现场实际施工的情况，对于隧道工程周边岩土体常体现为非连续介质，呈现为颗粒状的运动，所以有限元计算难以真实的反映隧道施工对地层的扰动情况。尤其对于隧道施工期周边空洞，现阶段缺乏有效的探测手段，对于空洞出现后，向地面发展的过程和规律，有限元方法难以实现。

4、离散元计算方法能够分析颗粒的运动状态与位置信息，可较好分析非连续岩土体性质，但其获取工程实践中准确的地层及空洞分布情况较为困难，需要准确探测隧道周边空洞或者扰动体的位置和大小，以便对后续地面变形情况进行预测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，旨在针对现有的隧道施工影响分析难以准确表征现场实际施工和周边地层情况，引入高精度的缪子成像技术，对隧道施工初期的地层扰动情况进行探测，并对地层密度变化引入离散元分析中，以对应地层变化来表征扰动，最终分析得到隧道施工最终对周边地层的影响，准确定量评估施工引起的安全风险，以指导现场安全施工。具体技术方案如下：

2、一种基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，所述方法包括以下步骤：

3、s100、获取岩土体初始参数；

4、s200、采用缪子成像方法获取隧道开挖完成引起的扰动范围及扰动体参数；

5、s300、基于岩土体初始参数、扰动范围及扰动体参数进行离散元分析，得到预测的地层变形。

6、进一步地，所述步骤s100中，根据隧道工程施工前的勘察工作，分段获取隧道周边密度、孔隙率、压缩模量、泊松比各项参数。

7、进一步地，所述步骤s200中，在盾构机尽量靠近刀盘的底部设置缪子探测器或调整探测器的接收方向，以保证探测器能探测到隧道掌子面的上半断面。

8、进一步地，利用缪子成像方法可获取地层网格的密度分布，探查隧道施工后地层扰动、应力释放范围，得到扰动体的几何特征和密度特性，且可获得不同位置的地层参数。

9、进一步地，隧道开挖完成引起的地层扰动，通过缪子探测器测得扰动体，扰动体的特征包括扰动体的体积、密度及对应隧道的位置。

10、进一步地，所述步骤s300中，基于岩土体初始参数、扰动范围及扰动体参数进行离散元分析，具体为：通过缪子成像方法测得地层扰动前后地层密度，对比原地层密度变化情况，计算对应网格的地层体积损失，然后在按原始地层构建的离散元计算模型中删除对应体积的颗粒，再进行离散元计算。

11、进一步地，所述步骤s300中，基于岩土体初始参数、扰动范围及扰动体参数进行离散元分析，具体为：隧道施工后测得地层缪子成像的地层密度分布网格，计算地层的空隙率，根据地层空隙率与颗粒微观参数的关系得到颗粒微观参数，带入离散元计算。

12、进一步地，地层孔隙率与颗粒微观参数的关系通过如下方式得到：在施工前进行地层的单轴或者三轴试验，得到不同孔隙率下的土体参数，再进行离散元颗粒的微观参数标定，将地层孔隙率与颗粒微观参数间建立关系。

13、进一步地，微观参数的标定需要做多组实验工作，建立神经网络模型，得到微观参数与宏观参数之间的关系。

14、进一步地，颗粒微观参数包括法向刚度、切向刚度、摩擦系数。

15、本发明提供的一种基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，具有以下有益效果：

16、本发明基于高精度的缪子成像探测，在盾构前方布置探测器获取盾构施工影响后扰动体范围及参数，根据扰动体的体积、密度等特征结合隧道的地层、埋深、洞径等得到隧道施工对周边建构筑物最终的影响程度，利用离散元与岩土体非连续介质特性相切合的特点，定量评估施工引起的安全风险；可以根据离散元模型预测的建筑物变形量，指导采取经济合理的建筑物保护加固措施。

1.一种基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，所述步骤s100中，根据隧道工程施工前的勘察工作，分段获取隧道周边密度、孔隙率、压缩模量、泊松比各项参数。

3.根据权利要求1所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，所述步骤s200中，在盾构机尽量靠近刀盘的底部设置缪子探测器或调整探测器的接收方向，以保证探测器能探测到隧道掌子面的上半断面。

4.根据权利要求3所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，利用缪子成像方法可获取地层网格的密度分布，探查隧道施工后地层扰动、应力释放范围，得到扰动体的几何特征和密度特性，且可获得不同位置的地层参数。

5.根据权利要求4所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，隧道开挖完成引起的地层扰动，通过缪子探测器测得扰动体，扰动体的特征包括扰动体的体积、密度及对应隧道的位置。

6.根据权利要求1所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，所述步骤s300中，基于岩土体初始参数、扰动范围及扰动体参数进行离散元分析，具体为：通过缪子成像方法测得地层扰动前后地层密度，对比原地层密度变化情况，计算对应网格的地层体积损失，然后在按原始地层构建的离散元计算模型中删除对应体积的颗粒，再进行离散元计算。

7.根据权利要求1所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，所述步骤s300中，基于岩土体初始参数、扰动范围及扰动体参数进行离散元分析，具体为：隧道施工后测得地层缪子成像的地层密度分布网格，计算地层的空隙率，根据地层空隙率与颗粒微观参数的关系得到颗粒微观参数，带入离散元计算。

8.根据权利要求7所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，地层孔隙率与颗粒微观参数的关系通过如下方式得到：在施工前进行地层的单轴或者三轴试验，得到不同孔隙率下的土体参数，再进行离散元颗粒的微观参数标定，将地层孔隙率与颗粒微观参数间建立关系。

9.根据权利要求8所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，微观参数的标定需要做多组实验工作，建立神经网络模型，得到微观参数与宏观参数之间的关系。

10.根据权利要求8所述的基于缪子成像的隧道离散元影响分析方法，其特征在于，颗粒微观参数包括法向刚度、切向刚度、摩擦系数。