【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程结构监测，特别是涉及一种隧道结构服役寿命预测方法、系统、电子设备及存储介质。
技术介绍
1、截止2020年底，中国投入运营的公路隧道有21316座、运营里程达21999.3km，投入运营的铁路隧道在2021年底则达到了17532座，运营里程约21055km。中国隧道工程技术水平已取得了显著提升，然而鉴于隧道工程的实践性、工程经验的依赖性和服役环境的多变性，导致目前隧道结构设计仍缺乏可靠的理论指导，不仅难以满足中国隧道工程建设安全需求，也给隧道工程后期运营安全造成巨大隐患。
2、中国幅员辽阔、地质条件复杂多变，而隧道结构作为一个复杂的体系，在投入运营或服役后会出现各种类型和不同程度的病害现象，由此引发的安全事故屡见不鲜，造成了巨大经济损失和恶劣社会影响。从科学层面来说，隧道结构病害是支护与围岩长期不良作用的结果，其本质是围岩和支护状态变化所造成的结构受力条件的改变。对于隧道工程而言，围岩作为天然地质体往往表现出显著时效性特征，由此带来的长期荷载效应是引起隧道结构失效的主要原因之一；此外，支护结构在服役环境中表现出的持续劣化现象也会对隧道工程长期稳定性产生不利影响。
3、隧道服役期内支护结构与围岩会表现出显著的时空耦合特点，这使得隧道结构系统的长期力学响应错综复杂，然而既有研究与结构设计理念未重视支护结构与围岩材料自身时变因素给隧道服役安全性造成的不利影响，隧道结构服役寿命预测的精度较低使得目前关于衬砌病害机制的研究严重滞后于中国隧道发展需求，导致在隧道病害治理过程中不合理、不经济现象十分普
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种隧道结构服役寿命预测方法、系统、电子设备及存储介质，提高了隧道结构服役寿命的预测精度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种隧道结构服役寿命预测方法，包括：
4、获取目标隧道的结构参数；所述目标隧道为服役寿命待预测的隧道，所述结构参数包括：隧道半径、衬砌内径、原始应力场、围岩参数、应力释放系数和掘进参数；
5、从所述目标隧道开挖时刻开始，基于所述隧道半径、所述原始应力场、所述围岩参数、所述应力释放系数和所述掘进参数，实时确定在隧道开挖扰动下的围岩位移；
6、对于支护结构施作的时刻开始的任一当前时刻：
7、获取衬砌混凝土材料当前时刻的劣化系数、当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力作用下的围岩的径向位移，以及当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的位移；所述衬砌混凝土材料为建设所述支护结构所用的材料；
8、基于衬砌混凝土材料的泊松比、弹性模量和当前时刻的劣化系数、所述结构参数、当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、支护结构施作的时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力作用下的围岩的径向位移，以及当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的位移，确定当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力；
9、根据当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力确定当前时刻支护结构的径向应力分量和环向应力分量；
10、根据当前时刻支护结构的径向应力分量和环向应力分量，以及预设支护结构的单轴抗压强度，判断所述支护结构是否发生混凝土结构屈服；
11、若是，则当前时刻为所述目标隧道的隧道结构服役寿命。
12、可选地，所述劣化系数为衬砌混凝土材料加速劣化系数、衬砌混凝土材料匀速劣化系数或衬砌混凝土材料减速劣化系数。
13、可选地，任一当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移的确定过程，包括：
14、根据所述围岩参数，计算从所述目标隧道开挖时刻开始到当前时刻中各个时刻的蠕变柔度；
15、根据所述应力释放系数和所述掘进参数计算从所述目标隧道开挖时刻开始到当前时刻中各个时刻的隧道开挖应力释放系数；
16、根据所述隧道半径、所述原始应力场、以及从所述目标隧道开挖时刻开始到当前时刻中各个时刻的蠕变柔度和隧道开挖应力释放系数，确定当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移。
17、可选地，基于衬砌混凝土材料的泊松比、弹性模量和当前时刻的劣化系数、所述结构参数、当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、支护结构施作的时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力作用下的围岩的径向位移，以及当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的位移，确定当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力，包括：
18、构建径向位移计算方程；所述径向位移计算方程是关于所述隧道内径、所述蠕变柔度和所述支护反力的方程；
19、构建支护结构关系；所述支护结构关系是关于所述支护反力、所述支护反力的位移，以及衬砌混凝土材料的泊松比和弹性模量的关系；
20、构建位移协调条件；所述位移协调条件是关于当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、支护结构施作的时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、径向位移计算方程和当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的位移的方程；
21、联立所述径向位移计算方程、所述支护结构关系和所述位移协调条件，并结合所述结构参数和劣化系数，确定支护反力的二阶微分方程；
22、确定劣化系数对应的劣化模型；
23、在当前时刻，联立并求解所述二阶微分方程和劣化模型，得到当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力。
24、可选地，所述径向位移计算方程为：
25、
26、其中，ur_2(τ)为第t时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力作用下的围岩的径向位移，τ＝t-t0，t0为支护结构施作的时刻；r1为隧道半径；q(τ)为第t时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力；j(0)为τ＝0时的蠕变柔度；q(ξ)为第ξ时刻的支护反力；j(τ-ξ)为第τ-ξ时刻的蠕变柔度。
27、可选地，所述支护结构关系为：
28、
29、其中，q(τ)为第t时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力；ul(τ)为当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的位移；r1为隧道半径；g(τ)为当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的劣化系数；kl为中间量；
30、
31、μl为支护反力的位移；e0为衬砌混凝土材料的弹性模量；r2为衬砌内径；v为衬砌混凝土材料的泊松比。
32、可选地，所述支护反力的二阶微分方程为：
33、
34、其中，c1、c2、c3和c4均为确定系数；
35、
36、gm、gk、ηk和ηm均为围岩参数；g′(τ)为g(τ)的一阶导数；h′(τ)和h″(τ)分别为h(τ)的一阶导数和二阶导数；h(τ)为引入的中间函数；
37、
38、j(τ+t0)为第τ+t0时刻的蠕变柔度；j(t0)为第t0时刻的蠕变柔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，所述劣化系数为衬砌混凝土材料加速劣化系数、衬砌混凝土材料匀速劣化系数或衬砌混凝土材料减速劣化系数。
3.根据权利要求1所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，任一当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移的确定过程，包括：
4.根据权利要求3所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，基于衬砌混凝土材料的泊松比、弹性模量和当前时刻的劣化系数、所述结构参数、当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、支护结构施作的时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力作用下的围岩的径向位移，以及当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力的位移，确定当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力，包括：
5.根据权利要求4所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，所述径向位移计算方程为：
6.根据权利要求5所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，所述支护结构关系为：
7.根据权利要
8.一种隧道结构服役寿命预测系统，其特征在于，所述系统包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的隧道结构服役寿命预测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，所述劣化系数为衬砌混凝土材料加速劣化系数、衬砌混凝土材料匀速劣化系数或衬砌混凝土材料减速劣化系数。
3.根据权利要求1所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，任一当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移的确定过程，包括：
4.根据权利要求3所述的隧道结构服役寿命预测方法，其特征在于，基于衬砌混凝土材料的泊松比、弹性模量和当前时刻的劣化系数、所述结构参数、当前时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、支护结构施作的时刻在隧道开挖扰动下的围岩位移、当前时刻与支护结构施作的时刻之间的支护反力作用下的围岩的径向位移，以及当前时刻与支护...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙振宇，张顶立，刘昌，王嘉琛，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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