沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术属于岩土工程力学模型研究领域，提供了一种沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法及系统。其中，沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，包括采用自下而上方法构建沿海砂层注浆加固体多尺度模型；建立沿海渗流劣化作用下砂层注浆加固体多场耦合模型，该耦合模型是基于等效应力原理以及注浆加固体水物质平衡、离子物质守恒、热平衡、液相物质的扩散与渗透过程以及热传导过程而构建的；联立并求解沿海砂层注浆加固体多尺度模型和砂层注浆加固体多场耦合模型，输出注浆加固体长期强度演化规律，获得沿海砂层注浆加固体长期劣化机制。固体长期劣化机制。固体长期劣化机制。

【技术实现步骤摘要】
沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法及系统


[0001]本专利技术属于岩土工程力学模型研究领域，尤其涉及一种沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在滨海城市砂层地铁基础设施中，受有害离子化学侵蚀和长期渗流作用，隧道长寿命安全服役更面临严峻挑战。注浆加固广泛应用于富水砂层地铁工程中，已见于青岛地铁、天津轨道交通、深圳地铁等滨海地铁工程。在建设期内，为抑制砂层变形、提高砂层胶结强度、降低空隙率，将浆液注入沿海砂层隧址区，以增强砂层抗滑抗剪能力、改善稳定性与整体力学性能，达到防控地质灾害、提供地铁建设施工条件和保障建设安全目的。在运营期内，砂层注浆加固体处于隧道结构与砂层之间，是保障地铁衬砌免受海水化学侵蚀及长期渗流作用的重要屏障。受渗流及有害离子长期作用，注浆加固体钙离子析出并导致渗透率不断增大，其承载能力与耐久性能持续降低，继而加速隧道衬砌性能劣化，引起结构稳定性问题甚至突发性灾害，对沿海砂层内地铁长寿命安全运营造成重大隐患。
[0004]数值模拟方法是开展岩土工程耐久性分析的有效技术手段，适用于注浆加固体等隐蔽性工程长期强度劣化分析，可以避免常规耐久性试验在混凝土类材料长寿命在长寿命周期研究中的温度控制困难和稳定性不足的问题。当前，已开展了大量针对注浆加固体的长期强度劣化机制数值研究，一般多采用单一多尺度或者多场方法，专利技术人发现，现有多尺度研究多基于数值多尺度方法，参用预设宏观参数，无法准确反映劣化过程的实际物理力学性能演变；现有多物理场分析存在类似问题，没有考虑长寿命周期分析中存在影响的多个参数，如干空气平衡、水蒸气流失等，导致计算准确性低，计算结果不符合实际。特别的，多尺度方法仅能反馈物理力学性能参数，多物理方法仅能反馈状态参数，当前单一方法无法实现多尺度-多场嵌套计算可解决的时间和空间协同演变过程。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的提供一种沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法及系统，其基于多尺度-多场强耦合嵌套计算的沿海砂层注浆加固体长期劣化分析，结合沿海砂层隧道的实际施工特点，从砂层空隙结构特征、物理力学性质出发，分析注浆材料理化性，建立多尺度-多场强耦合模型，开展注浆加固体长期劣化分析研究，能够更准确地反映注浆加固体长期强度演化过程，进而为相关工程设计提供参考。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供一种沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法。
[0008]一种沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，包括：
[0009]采用自下而上方法构建沿海砂层注浆加固体多尺度模型；
[0010]建立沿海渗流劣化作用下砂层注浆加固体多场耦合模型，该耦合模型是基于等效应力原理以及注浆加固体水物质平衡、离子物质守恒、热平衡、液相物质的扩散与渗透过程以及热传导过程而构建的；
[0011]联立并求解沿海砂层注浆加固体多尺度模型和砂层注浆加固体多场耦合模型，输出注浆加固体长期强度演化规律，获得沿海砂层注浆加固体长期劣化机制。
[0012]本专利技术的第二个方面提供一种沿海砂层注浆加固体强度演化模拟系统。
[0013]一种沿海砂层注浆加固体强度演化模拟系统，包括：
[0014]多尺度模型构建模块，其用于采用自下而上方法构建沿海砂层注浆加固体多尺度模型；
[0015]多场耦合模型构建模块，其用于建立沿海渗流劣化作用下砂层注浆加固体多场耦合模型，该耦合模型是基于等效应力原理以及注浆加固体水物质平衡、离子物质守恒、热平衡、液相物质的扩散与渗透过程以及热传导过程而构建的；
[0016]强度演化模拟模块，其用于联立并求解沿海砂层注浆加固体多尺度模型和砂层注浆加固体多场耦合模型，输出注浆加固体长期强度演化规律，获得沿海砂层注浆加固体长期劣化机制。
[0017]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0018]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法中的步骤。
[0019]本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备。
[0020]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法中的步骤。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术将多尺度-多场强耦合模型嵌套计算，通过对同一注浆加固体单元，通过多尺度模型赋予等效弹性模量、等效扩散系数、等效热传导系数等物理力学性质参量，通过多场模型赋予注浆加固体各组分体系分数、温度等状态参量，多尺度模型参量提供给多场模型，多场模型计算得到的状态参量提供给多尺度模型，两个模型互相嵌套，实现联立求解，可以准确反映多尺度-多场模型在时间和空间的演化过程。
[0023]本专利技术采用自下而上方法(upscaling)建立砂层注浆加固体多尺度模型，能够准确反映注浆加固体状态参量，且采用多尺度广义自洽模型(self-consistent model)有助于克服常规多尺度细观本构模型(Mori-tanaka model)中的砂浆比例无法高于30％的限制。其中广义自洽模型认为在符合材料中，骨料处于受远场应变作用的有效基体内，而骨料周围有效基体的弹性常数恰好就是复合材料的弹性常数，而细观本构模型将骨料嵌于无限大的基体中，视远场作用的应变与基体的平均应变相同，依此求解等效单元体力学性能。
[0024]本专利技术的多场强耦合模型，引入了包括固体、液体、干空气、水蒸汽物质平衡，能有准确反映长寿命周期演变过程，避免长时间尺度数值计算结果失准问题。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1是本专利技术实施例的沿海砂层注浆加固体多尺度模型示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例的隧道工程注浆加固体结构多尺度层次构成；
[0028]图3是本专利技术实施例的砂层注浆加固体多场耦合关系示意图；
[0029]图4是本专利技术实施例的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法流程图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0031]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0032]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，其特征在于，包括：采用自下而上方法构建沿海砂层注浆加固体多尺度模型；建立沿海渗流劣化作用下砂层注浆加固体多场耦合模型，该耦合模型是基于等效应力原理以及注浆加固体水物质平衡、离子物质守恒、热平衡、液相物质的扩散与渗透过程以及热传导过程而构建的；联立并求解沿海砂层注浆加固体多尺度模型和砂层注浆加固体多场耦合模型，输出注浆加固体长期强度演化规律，获得沿海砂层注浆加固体长期劣化机制。2.如权利要求1所述的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，其特征在于，沿海砂层注浆加固体多尺度模型包含四个层次：多孔硅酸钙水合物层次、水泥水化物层次、注浆结石体层次和砂层注浆加固体层次。3.如权利要求1所述的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，其特征在于，采用多尺度均匀化方法提供注浆加固体初始宏观物理特性，在沿海砂层注浆加固体多尺度模型的计算过程中后一层次输入信息取决于上一层次的输出结果。4.如权利要求1所述的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，其特征在于，将沿海砂层介质特性、注浆材料理化性质和注浆加固体浆-砂体积分数，应用多尺度广义自洽模型(self-consistent model)建立沿海砂层注浆加固体多尺度模型。5.如权利要求1所述的沿海砂层注浆加固体强度多尺度多场演化模拟方法，其特征在于，在求解沿海砂层注浆加固体多尺度模型和砂层注浆加固体多场耦合模型的过程中，将初始物理力学属性代入基于沿海砂层注浆加固体多尺度模型，求解得到注浆加固体状态参量并将状态参量反馈给多场耦合模型，进而更新下一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙子正，李利平，王利戈，刘洪亮，成帅，郑卓，潘东东，屠文锋，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：