【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道挖掘，具体涉及一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法。
技术介绍
1、盾构机是挖掘隧道的利器，但其在前进过程中无法探知前方可能存在的地质灾害。地震波传播距离远，对非均质构造有很好的勘探效果。为此，利用盾构机在工作时的震动作为震源，在岩壁上置入检波器，进而预测盾构机前方的非均质构造(如溶洞等)是研究者们长期以来致力的工作方向。
2、然而，由于环境的复杂性和地震信号的弱振幅特点，加之实际测试中存在非常多的噪音，根本无法利用测得的地震信号分析非均质构造，甚至无法分析其规律。为此，首先需构建模型，预测上述实际情况下地震波的特征。与此同时，通过模拟获得地震波的传播特征，进而指导研究人员在实际资料中寻找到有效信号。然而，目前几乎没有方法可以有效模拟盾构机工作时诱发的地震波的传播规律，因此，建立一个合适的有限元模型，并基于其预测隧道内盾构机工作状态是十分必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，能够更贴近实际工作状态，同时计算速度更快，计算效果更加良好，简化了模型，充分保留了其工作特征和预测精度。
2、本专利技术采取的技术方案具体如下：
3、一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，所述方法包括以下步骤：
4、s1：构建盾构机工作模型，根据隧道盾构机工作机理，简化盾构机工作模型；
5、s2：将盾构机模型网格化，在隧道横截面上构建四边形网格，以此为基础，沿着
6、s3：模拟震源震动，盾构机处于工作状态时，盾构机不断敲击岩壁，产生地震波；
7、s4：当隧道充满空气时，利用时间域声波方程作为隧道的控制方程；
8、s5：使用弹性波方程的时间显示形式描述物理规律，且岩壁中地震波的传播以弹性波传播为主；
9、s6：采用压电的震动方式模拟盾构机震动；
10、s7：隧道模型中岩壁为圆柱形，且使用完美匹配层边界条件，应用于岩壁外侧；
11、s8：使用mumps方法作为直接求解器。
12、所述s1中，模型构建直径为d1，长度为l1的隧道区域；内径为d1，外直径为d2，长度为l2的岩石区域；直径为d1，长度为l3的盾构机区域，并将模型沿中心方向切分。
13、所述s3中，构建震动函数v(t)：
14、v(t)＝v0*sin(2*pi*f0*t)*rect1(t)
15、其中：v0为震动幅度大小，f0为震动的主频，t为时间，rect1(t)为截断函数。
16、所述s4中，隧道控制方程具体为：
17、
18、
19、其中，ρ是密度，pt是整体声压，ut是声音速度场扰动，c是声波速度，是声压对时间的导数，是声音速度场的散度，qn是单极域源，i是单位矩阵，是声压乘以单位矩阵的散度，qd是偶极域源，·是散度算子。
20、所述s5中，弹性波方程具体为：
21、
22、
23、s＝c∶ε-e·e
24、其中，v是速度场，ρ是密度，s是应力张量，ε是应变张量，c是刚度张量，fv是体力，是应变张量对时间的导数，是速度场的梯度，是速度场梯度的转置，e是电场，e是耦合矩阵。
25、所述s6中，盾构机推力产生的震动频率低，传播距离远，其控制方程具体为：
26、
27、d＝∈0∈re
28、其中，·d为电位移的散度，d是电位移，∈0为空气介电常数，∈r为相对介电常数。
29、所述s7中，将对称边界条件应用到模型中心截面，用于增强计算效率。
30、所述s8中，使用牛顿迭代法获得最终解，即应力张量s，应变张量ε。
31、本专利技术取得的技术效果为：
32、本专利技术的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法针对传统方法中相关策略的失误，通过到现场观察实际工作状态，提出流体泵的推拉作用是产生低频地震信号的主要原因，可以利用压电效应模拟其震动效果，从而避免考虑刀盘产生的高频影响。
33、本专利技术的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法在模型控制方程和边界条件设置方面，使用多场耦合作为控制方程，充分模拟了实际情况；同时，使用完美匹配层模拟岩壁的无限空间；使用对称边界条件，提高计算效率。目前没有传统方法能与上述做法契合。
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1.一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S1中，模型构建直径为D1，长度为L1的隧道区域；内径为D1，外直径为D2，长度为L2的岩石区域；直径为D1，长度为L3的盾构机区域，并将模型沿中心方向切分。
3.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S3中，构建震动函数V(t)：
4.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S4中，隧道控制方程具体为：
5.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S5中，弹性波方程具体为：
6.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S6中，盾构机推力产生的震动频率低，传播距离远，其控制方程具体为：
7.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S
8.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述S8中，使用牛顿迭代法获得最终解，即应力张量S，应变张量ε。
...【技术特征摘要】
1.一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述s1中，模型构建直径为d1，长度为l1的隧道区域；内径为d1，外直径为d2，长度为l2的岩石区域；直径为d1，长度为l3的盾构机区域，并将模型沿中心方向切分。
3.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述s3中，构建震动函数v(t)：
4.根据权利要求1所述的一种预测隧道内盾构机工作诱发地震波传播的方法，其特征在于：所述s4中，隧道控制方程具体为：
【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，刘盛东，章俊，杨彩，方金伟，
申请(专利权)人：深地科学与工程云龙湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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