一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法技术

本发明专利技术公开了一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法，包括：从围岩荷载效应演变状况、衬砌结构衰变力学状态两方面，构建隧道结构承载能力表征指标体系；提出基于结构内表面应变数据的表征指标反演函数关系，并据此构建了隧道结构承载能力感知布设方案，形成了承载能力表征指标成套感知方法；最后通过计算荷载效应函数以及抗力效应函数，构建隧道结构承载能力计算评定方法。本发明专利技术能够准确定量的感知评定隧道结构承载能力，解决公路隧道结构安全的基础关键技术问题。全的基础关键技术问题。全的基础关键技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法


[0001]本专利技术属于公路隧道结构安全
，尤其涉及一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法。

技术介绍

[0002]隧道工程属于地下工程，其赋存环境存在随机性和不确定性，准确计算隧道衬砌结构承载状态和安全特性尚存在诸多困难，譬如隧道衬砌结构实际受力状况、结构破坏特性和过程难以准确确定。
[0003]我国隧道工程规模日益庞大，隧道结构承载能力是隧道设施安全的核心，是隧道结构研究的关键点，贯穿于隧道结构设计、施工、运营养护、处治加固各个环节。衬砌破坏导致结构的承载性能大幅下降，影响衬砌结构的安全性，已经对隧道的运营质量和安全造成了严重威胁。而现行《公路隧道养护技术规范》施行的是基于结构状态描述的技术状况评价方法，没有提供基于严格力学分析的结构承载能力评价方法，这也导致我们不能回答衬砌结构病害发展到什么程度或状态时结构才会失稳破坏的问题，这种状况严重损坏了隧道结构评价的可信度。
[0004]目前针对不同荷载作用下隧道结构受力变形与损伤演化机制的研究相对较少，缺乏结构剩余承载力的量化分析依据，不利于结构健康度评价与维修处治方案的确定。隧道衬砌结构技术状况评定中，缺乏衬砌承载能力与结构技术状况（健康度、安全性）对应关系的研究，多是从定性或半定量角度评价病害等级及结构健康状态，对承载力的量化分析尚不完善；单纯使用病害调查分析和评价，难以量化、快速地分析隧道结构剩余承载力，评价结构健康情况。当前隧道衬砌结构（技术状况）的评定方法大都基于结构状态描述，基于（严格）力学分析的评定方法相对还很少。其中基于承载能力分析的衬砌结构（安全性）评定方法，或对衬砌结构承载能力的评定方法还很少。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法，包括：构建公路隧道承载能力的表征指标体系，其中所述表征指标体系包括：围岩荷载效应演变状况表征指标和衬砌结构衰变力学状态表征指标；构建基于公路隧道衬砌内表面应变数据的表征指标反演映射关系，基于所述指标反演映射关系，得到公路隧道结构的承载能力感知布设方案，基于所述表征指标体系、所述表征指标反演映射关系和承载能力感知布设方案，得到承载能力表征指标成套感知方法；综合运用所述承载能力表征指标成套感知方法与设计规范的计算方法，分别融合荷载修正系数、折减系数，计算得到荷载效应函数、抗力效应函数，获取公路隧道结构的重
要性系数、承载能力检算系数，基于所述重要性系数、承载能力检算系数、所述荷载效应函数、所述抗力效应函数，得到公路隧道结构的承载能力计算评定模型，基于所述承载能力计算评定模型，对公路隧道衬砌结构进行承载能力感知评定。
[0007]优选地，构建公路隧道承载能力的表征指标体系的过程包括：获取公路隧道的地质类型，基于所述地质类型，结合围岩地质不确定演化荷载效应修正方法，得到围岩荷载效应演变状况表征指标；分别获取公路隧道的变形指标、受力指标、病害特征指标、环境指标，基于所述变形指标、受力指标、病害特征指标、环境指标，得到衬砌结构衰变力学状态表征指标；按照不同的地质类型分类，基于所述围岩荷载效应演变状况表征指标和衬砌结构衰变力学状态表征指标，构建隧道结构承载能力表征关键指标体系。
[0008]优选地，构建基于公路隧道衬砌内表面应变数据的表征指标反演映射关系的过程包括：由曲梁理论的几何方程推导出径向位移为
[0009]内力及外荷载为
[0010]式中为径向位移；M、Q为衬砌内力，分别表示截面弯矩、剪力；q表示外荷载，其中q
y
为径向，q
s
为环向；为结构内表面环向应变，为以截面对称轴为原点的环向角度，d为径向距离，R为半径，E、A、I为材料参数。
[0011]优选地，得到公路隧道结构的承载能力感知布设方案的过程包括：基于所述表征指标反演映射关系，明确反演数据需求，基于所述地质类型的空间长线状结构特征和所述反演数据需求，确定传感器类型，基于所述传感器类型、结构特征和反演数据需求，得到公路隧道结构承载能力的感知布设方案。
[0012]优选地，所述公路隧道结构包括：单心圆隧道结构和多心圆隧道结构。
[0013]优选地，计算得到荷载效应函数、抗力效应函数的过程包括：基于围岩荷载效应演变状况表征指标，得到荷载修正系数，综合运用所述承载能力表征指标成套感知方法与设计规范的计算方法，融合所述荷载修正系数，计算得到荷载效应函数；综合运用所述承载能力表征指标成套感知方法与设计规范的计算方法，融合折减
系数，计算得到抗力效应函数。
[0014]优选地，所述承载能力计算评定模型为：Kq ≤ R (
·
)Z1其中，q为荷载效应函数，R (
·
)为抗力效应函数，K为重要性系数、Z1为承载能力检算系数。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：本专利技术首先构建公路隧道承载能力的表征指标体系，其次提出基于结构内表面应变数据的表征指标反演函数关系，并据此得到公路隧道结构的承载能力感知布设方案；最后构建公路隧道结构的承载能力计算评定模型，基于所述承载能力计算评定模型，对公路隧道衬砌结构进行承载能力感知评定。本专利技术能够准确定量的感知评定隧道结构承载能力，解决公路隧道结构安全的基础关键技术问题。
[0016]本专利技术研究围岩地质荷载状况及其导致的衬砌结构技术状况衰变力学状态，标定其相对隧道结构承载能力的属性标度，构建不同围岩及衬砌状态响应下隧道结构承载能力评定体系，弥补当前基于结构状态描述的隧道结构评定方法的不足，为后续隧道土建结构长期监测、结构韧性提升、数字化转型等研究任务提供关键共性技术支撑，是推动公路隧道高质量发展的基础关键技术问题，对于深入分析衬砌承载状态、结构承载能力、结构安全性具有重要意义。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例的方法流程图；图2为本专利技术实施例的计算模型示意图；图3为本专利技术实施例的反演结果示意图，其中（a）为弯矩、剪力反演结果示意图，（b）为径向位移反演结果示意图，（c）为切向位移反演结果示意图；（d）为轴力反演结果示意图；图4为本专利技术实施例的基于位移反演断面布设图；图5为本专利技术实施例的隧道内力反演布设图；图6为为本专利技术实施例的外荷载反演布设图。
具体实施方式
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0019]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法，其特征在于，包括以下步骤：构建公路隧道承载能力的表征指标体系，其中所述表征指标体系包括：围岩荷载效应演变状况表征指标和衬砌结构衰变力学状态表征指标；构建基于公路隧道衬砌内表面应变数据的表征指标反演映射关系，基于所述指标反演映射关系，得到公路隧道结构的承载能力感知布设方案，基于所述表征指标体系、所述表征指标反演映射关系和承载能力感知布设方案，得到承载能力表征指标成套感知方法；综合运用所述承载能力表征指标成套感知方法与设计规范的计算方法，分别融合修正系数、折减系数，计算得到荷载效应函数、抗力效应函数，获取公路隧道结构的重要性系数、承载能力检算系数，基于所述重要性系数、承载能力检算系数、所述荷载效应函数、所述抗力效应函数，得到公路隧道结构的承载能力计算评定模型，基于所述承载能力计算评定模型，对公路隧道衬砌结构进行承载能力感知评定。2.根据权利要求1所述的公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法，其特征在于，构建公路隧道承载能力的表征指标体系的过程包括：获取公路隧道的地质类型，基于所述地质类型，结合围岩地质不确定演化荷载效应修正方法，得到围岩荷载效应演变状况表征指标；分别获取公路隧道的变形指标、受力指标、病害特征指标、环境指标，基于所述变形指标、受力指标、病害特征指标、环境指标，得到衬砌结构衰变力学状态表征指标；按照不同的地质类型分类，基于所述围岩荷载效应演变状况表征指标和衬砌结构衰变力学状态表征指标，构建隧道结构承载能力表征关键指标体系。3.根据权利要求2所述的公路隧道衬砌结构承载能力感知评定方法，其特征在于，构建基于公路隧道衬砌内表面应变数据的表征指标反演映射关系的过程包括：由...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐筱，许崇帮，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：