一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法，属于隧道与地下工程信息化领域。其方法为：在隧道内按照监测方案架设扫描仪和全站仪；对初支结构进行收敛变形数据的采集；应用三维数据处理软件，将扫描所得的点云数据经过配准步骤生成三维几何模型；将三维几何模型导入到数值计算软件中；根据精度要求，进行网格划分和定义材料参数；本发明专利技术为评价隧道支护结构的安全性和测量围压分布提供了一种方便易行的方法，积极推动了隧道的信息化、智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法
本专利技术涉及隧道及地下工程领域，具体涉及一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法。
技术介绍
在隧道工程中，应变片常用于测量结构表面的应力应变，但是这种测量方式只能测得一点的应力应变，无法测量结构内部的应力应变，而且只能进行小变形测量；压力盒常用于测量支护结构受到的围岩压力，但是这种方法也只能测得一点的围岩压力，而且安装和试验过程比较麻烦、费时；收敛计常用于测量支护表面位移，多点位移计常用于测量围岩内部位移。以上传统测量方式都是点式、接触式测量，要想得到全断面的变形和围压分布，必须提高测点密度，但是这样一来会提高成本，还会影响施工进度，工程应用不便。三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命，相对于传统的测量技术，它对工作环境要求较低，即使在恶劣的无光条件下也能够提供高精度和高密度的主动测量数据。相对于传统测量方式的点测量，三维激光扫描测量技术是一种全息、非接触的测量方式。本专利技术运用三维激光扫描技术获得了结构的收敛变形数据。目前，隧道工程领域也采用了这项技术。通过三维激光扫描技术可以采集隧道初支结构的收敛变形数据，已经有人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法，其特征在于：采用以下步骤，步骤1：在刚开挖的隧道内架设三维激光扫描仪和全站仪，将三维激光扫描仪和全站仪进行开机，在隧道内架设标靶，调平三维激光扫描仪与全站仪；步骤2：使用后方交会的方法复核已知点，同时用复核后的全站仪测量标靶中心；步骤3：使用三维激光扫描仪对设置的标靶进行扫描，同时用三维激光扫描仪对隧道进行全景扫描；步骤4：按以上步骤在刚施作完支护到结构变形稳定期间按照设定的采集频率采集隧道支护结构的三维点云数据，将每次采集到的标靶点的大地坐标和三维点云数据保存在数据库中；步骤5：将扫描到的三维点云数据转换到大地坐标系之中；步骤6：根据现场的施工情...

【技术特征摘要】
1.一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法，其特征在于：采用以下步骤，步骤1：在刚开挖的隧道内架设三维激光扫描仪和全站仪，将三维激光扫描仪和全站仪进行开机，在隧道内架设标靶，调平三维激光扫描仪与全站仪；步骤2：使用后方交会的方法复核已知点，同时用复核后的全站仪测量标靶中心；步骤3：使用三维激光扫描仪对设置的标靶进行扫描，同时用三维激光扫描仪对隧道进行全景扫描；步骤4：按以上步骤在刚施作完支护到结构变形稳定期间按照设定的采集频率采集隧道支护结构的三维点云数据，将每次采集到的标靶点的大地坐标和三维点云数据保存在数据库中；步骤5：将扫描到的三维点云数据转换到大地坐标系之中；步骤6：根据现场的施工情况，利用三维建模软件建立基于现场的支护结构三维模型；步骤7：将三维模型导入到数值计算软件中；步骤8：根据精度要求，对三维模型进行网格划分和定义材料参数；步骤9：对三维点云数据进行处理，得到位移载荷数据；步骤10：将建好的三维计算模型通过数值计算软件在计算机上进行位移加载，得到计算结果；步骤11：对计算结果进行提取和后处理，从而得到支护结构的内力和围岩压力的分布；步骤12：根据结构的内力计算出结构的安全系数来评价结构的安全性；步骤13：通过围岩压力与收敛变形数据得到支护结构特性曲线。2.一种基于结构收敛变形的内力与围压计算方法，其特征在于：所述步骤9包括如下处理方式：步骤9-1：根据三维计算模型网格划分的精度，得到一个单元的轴向计算宽度为d，环向计算范围为α，该环向计算范围对应角度范围，沿隧道轴线方向为Z轴，按照公式：将第a次扫描的三维点云数据由空间直角坐标系转化到柱坐标系，a>＝1；步骤9-2：取z1＝d，θ1＝0，以单元节点为中心，将z1-0.5d≤z≤z1+0.5d，θ1-α/2≤θ≤θ1-α/2的三维点云数据作为一个处理集合，集合内有N个点，则：将P1(r1，θ1，z1)作为单元节点的空间坐标；步骤9-...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇文革，高刚刚，程云建，
申请(专利权)人：成都天佑智隧科技有限公司，仇文革，
类型：发明
国别省市：四川,51