【技术实现步骤摘要】
基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法及装置
[0001]本专利技术属于隧道工程设计
，具体涉及基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法及装置。
技术介绍
[0002]对土质隧道或破碎的岩质隧道，施工过程中的应力释放可能导致掌子面塌方，影响隧道施工安全。为保证施工过程中隧道掌子面的稳定性，可以对掌子面施加一定的支护压力，限制隧道掌子面上岩土体向临空面方向的变形。确定支护压力的大小，是隧道设计阶段的一个非常重要的问题。根据设计的需要，支护压力可以是最小支护压力，也可以是满足一个目标安全系数的支护压力。在施工阶段，通过盾构顶进设备或掌子面锚杆的形式施加，保证隧道施工安全。
[0003]由于掌子面失效机制比较复杂，理论方法需要采取一定的假定，准确性存疑。因此，实际工程中常常采用数值计算软件对隧道掌子面的稳定性进行分析。在此基础上，可通过调整隧道掌子面的支护压力，不断试算，逼近掌子面的最小支护压力。
[0004]然而，现有方法的不足之处包括：
[0005]1)收敛标准不明确，稳定性判断困难；
[0...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.基于最大不平衡力比值∈进行临界稳定状态判断；根据待计算的隧道的尺寸和工程要求构建模型，将模型的强度折减计算更改为不计算具体的安全系数，而只计算最大不平衡力比值∈：将计算上下限和F
supper
均设置为目标安全系数F
s*
，测试隧道在目标安全系数F
s*
时的稳定状态，得到模型节点的最大不平衡力与模型所有节点平均节点力的比值∈；相应的，临界稳定状态判断方式为：当∈未超过临界阈值∈0时，表示计算收敛，掌子面为稳定状态；否则计算不收敛，掌子面为不稳定状态；步骤2.支护压力上下限自动迭代搜索；对于每一次迭代搜索过程：将当前迭代步支护压力值施加在模型隧道掌子面上进行步骤1更改后的强度折减计算得到最大不平衡力比值∈，n为正整数，当∈≤∈0时，将掌子面状态标定为k
n
＝b，b为正数，并且令下一个迭代步的支护压力为当∈＞∈0时，将掌子面状态标定为k
n
＝
‑
b，并且令下一迭代步的支护压力为重复执行前述迭代过程，当相邻两个迭代步的状态指数k
n
·
k
n
‑1＝
‑
b2时，表示已搜索到上下限，将两个支护压力中的较小值确定为下限较大值确定为上限进入步骤3；对于搜索阶段的首次迭代过程，k0赋值为绝对值不为b的任意数值，支护压力值可任意赋值；步骤3.基于二分法的支护压力迭代收敛；在确定了支护压力迭代的下限和上限后，进入收敛阶段迭代，取平均值作为收敛阶段当前迭代步的支护压力采用步骤1计算∈，当∈≤∈0时，令下一迭代步的上限为否则，令下限为重复前述过程，直至支护压力上下限之差≤收敛阈值ε，将支护压力上下限的平均值作为计算得到的支护压力目标值。2.根据权利要求1所述的基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法，其特征在于：其中，在步骤2中，对于迭代数据的存储与读写：当每个迭代步计算完成时更新那些数值发生变化的变量，将更新后的变量数值写入文本文件作为变量更新文件导入原模型中，设置模型读取该变量更新文件中的数值给相应变量赋值，作为下一迭代步计算时各变量的当前值。3.根据权利要求1所述的基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法，其特征在于：其中，通过迭代阶段指数α来确定步骤2是否已找到一组上下限从而进入步骤3进行收敛阶段的迭代：迭代阶段指数初始赋值α＝c，在迭代计算过程中，当k
n
·
k
n
‑1＝
‑
b2时，令α＝d，c和d为不相等的数，当α＝d时，表示已找到一组上下限应进入步骤3进行收敛阶段的迭代。4.根据权利要求1所述的基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法，其特征在于：其中，在步骤2中，对于首次迭代过程，支护压力上、下限赋值为：其中，在步骤2中，对于首次迭代过程，支护压力上、下限赋值为：5.根据权利要求1所述的基于二分法的隧道掌子面支护压力计算方法，其特征在于：其中，临界阈值∈0＝1
×
10
‑5；收敛阈值ε对应容许的支护压力上下限之差，可根据工程要求设置。6.基于二分法的隧道掌子面支护压力确定装置，其特征在于，包括：
模型构件部，根据待计算的隧道的尺寸和工程要求构建隧道模型；临界稳定状态判断部，基于最大不平衡力比值∈进行临...
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