【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道施工，具体涉及一种层状软岩隧道变形预测方法、设备及介质。
技术介绍
1、地下工程的施工，由于其特点包括隐蔽、复杂及多变化，导致施工难以预测，并易发生各种工程质量事故和安全事故，威胁着工程施工的安全和进度。更早、更准确地预测围岩和结构的变形情况，及早发出预警预报，并采取必要支护措施以避免事故发生，对地下工程的施工尤为重要。
2、随着计算机技术的发展，采用数值软件模拟隧道与地下工程的开挖过程已成为支护结构设计及灾害预测的主流方法，其具有成本低、变量易于控制、灾变过程直观明了等特点。目前常用的数值仿真方法有有限元法和离散元法。有限元方法采用的仿真软件在面临复杂情况、大变形情况往往无法计算，这导致无法利用实际工程中的隧道的监测变数据构建基于现实情况的预测模型；而离散元由于受颗粒数目影响计算效率有限。于是，离散-连续耦合方法应运而生，该方法综合了有限单元法和离散单元法的优势，对于研究非连续、大变形的工程问题具有明显优势。
3、但是，此前离散-连续耦合方法多在小尺寸模型中开展，在隧道与地下工程领域中的应用仍存在一些困难，如：(1)在建模上存在模型尺寸参数不明确导致计算无法收敛的问题，颗粒尺度、模型尺寸等建模参数与计算的精细程度和计算效率息息相关，不合适的模型参数在计算时可能出现非常大的误差或不收敛的情况，对计算结果造成不利影响；(2)在标定方法上存在旧的标定方法与工程尺度不匹配的问题，目前主流标定方法多未考虑工程尺度上的岩体性质，而是直接用小尺寸岩石经过双轴压缩等力学试验获得的参数代替，造成模拟岩体
4、综上所述，急需基于一种层状软岩隧道变形预测方法、设备及介质解决现有技术中的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种层状软岩隧道变形预测方法、设备及介质，所述方法结合现场岩体勘察数据，可实现隧道围岩变形规律及大变形灾害预测，具体技术方案如下：
2、一种层状软岩隧道变形预测方法，包括以下步骤：
3、s1：根据层状软岩隧道的尺寸，建立岩体三维离散元模型，在岩体三维离散元模型的外部建立岩体三维连续介质模型；
4、s2：对岩体的力学参数进行标定，获得适配隧道开挖尺度的岩体参数，基于所述岩体参数对岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型的模型参数进行赋值；
5、s3：设置耦合墙，采用所述耦合墙将岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型进行耦合，得到层状软岩隧道模型；
6、s4：根据层状软岩隧道的节理信息建立节理几何模型，所述岩体三维离散元模型通过节理几何模型完成嵌入节理，并对节理赋予接触模型，形成层状岩体；
7、s5：编制代码模拟隧道工程的分步开挖和支护，支护结构采用壳单元模拟，将支护结构和岩体三维离散元模型耦合；
8、s6：在层状软岩隧道模型中布置监测点，监测开挖和支护的监测点位移和应力，绘制位移云图和应力云图，实现层状软岩隧道变形预测。
9、优选的，在s1中，调用pfc3d软件中的命令，构建所述岩体三维离散元模型，具体如下：
10、根据隧道尺寸以及隧道变形影响范围，选取离散域范围，在离散域范围内均匀生成颗粒，设置颗粒粒径的范围，得到岩体三维离散元模型，选用岩体三维离散元模型中的接触本构关系，使用pfc3d软件中的平行粘结模型模拟岩体基质力学行为，为岩体三维离散元模型的模型参数赋予初始值；
11、所述模型参数包括岩体的重度、弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角；对岩体三维离散元模型设置边界条件，固定模型的底部，对模型的四周法向采取约束，模型的顶部自由。
12、优选的，在s1中，调用flac3d软件中的命令，构建所述岩体三维连续介质模型，具体如下：
13、调用flac3d软件中的命令，在离散域范围的四周建立由连续介质构成的岩体三维模型，隧道开挖方向不建立岩体三维模型，在连续介质内部挖去离散域范围所占空间；对岩体三维模型进行网格划分，设置岩体本构模型为摩尔库伦，模型参数与岩体三维离散元模型统一。
14、优选的，在s2中，对岩体的力学参数进行标定，具体如下：
15、采用层状软岩的岩石式样进行压缩实验，得到实验结果，在flac3d软件中根据岩石式样的尺寸建立连续单元，通过迭代过程计算微观弹性参数，基于所述微观弹性参数和抗压强度对所述连续单元进行标定，调整连续单元的模型参数，得到适配隧道开挖尺度的岩体参数，基于所述岩体参数对岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型的模型参数进行赋；
16、所述实验结果包括岩石式样的抗压强度和弹性模量。
17、优选的，在s3中，所述耦合墙通过调用flac3d软件中的命令生成，所述耦合墙用于实现岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型之间的数据传输。
18、优选的，在s4中，所述节理几何模型通过犀牛软件建立。
19、优选的，在s5中，编制代码模拟隧道的开挖和支护，具体如下：
20、根据层状软岩隧道的尺寸，设置开挖深度和掘进尺寸，通过支护结构和岩体三维离散元模型的耦合，用壳单元模拟支护结构，构建循环代码模拟隧道开挖和支护的依序循环。
21、优选的，在s6中，所述监测点为设置在层状软岩隧道模型轮廓线周边区域的测量球，用于测量层状软岩隧道模型的变形，所述监测球的布置位置包括层状软岩隧道模型的拱顶、拱底、上台阶左、上台阶右、中台阶左、中台阶右、下台阶左和下台阶右。
22、另外，本专利技术还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器；
23、所述存储器用于存储可在处理器上运行的计算机程序；
24、所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述的层状软岩隧道变形预测方法的步骤。
25、另外，本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的层状软岩隧道变形预测方法的步骤。
26、应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
27、(1)本专利技术方法公开了采用离散-连续耦合方法建立在层状岩体中隧道掘进模型的参数取值。本专利技术方法公开了由岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型耦合得到的层状软岩隧道模型，保证了模型的计算精度，减少了边界效应的影响。另外，本专利技术方法中的节理几何模型，在工程尺度上模拟层状岩体的层间厚度，既确保模型各向异性特征鲜明，又确保模型计算收敛。
28、(2)本专利技术方法公开了用于隧道工程的岩体标定方法。解决了此前用岩石参数代替岩体参数的弊端。本专利技术方法中的标定方法能够获取适用于隧道工程的模型参数，提高了层状软岩隧道变形预测的准确性。...
【技术保护点】
1.一种层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在S1中，调用PFC3D软件中的命令，构建所述岩体三维离散元模型，具体如下：
3.根据权利要求2所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在S1中，调用FLAC3D软件中的命令，构建所述岩体三维连续介质模型，具体如下：
4.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在S2中，对岩体的力学参数进行标定，具体如下：
5.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在S3中，所述耦合墙通过调用FLAC3D软件中的命令生成，所述耦合墙用于实现岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型之间的数据传输。
6.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在S4中，所述节理几何模型通过犀牛软件建立。
7.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在S5中，编制代码模拟隧道的开挖和支护，具体如下：
8.根据权利要求1所述的层状软岩隧道
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的层状软岩隧道变形预测方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在s1中，调用pfc3d软件中的命令，构建所述岩体三维离散元模型，具体如下：
3.根据权利要求2所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在s1中，调用flac3d软件中的命令，构建所述岩体三维连续介质模型，具体如下：
4.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在s2中，对岩体的力学参数进行标定，具体如下：
5.根据权利要求1所述的层状软岩隧道变形预测方法，其特征在于，在s3中，所述耦合墙通过调用flac3d软件中的命令生成，所述耦合墙用于实现岩体三维离散元模型和岩体三维连续介质模型之间的数据传输。
6.根据权利要求1所述的层状软岩隧...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾朝军，梁国栋，施成华，雷明锋，黄娟，王亮，陈磊，
申请(专利权)人：高速铁路建造技术国家工程研究中心，
类型：发明
国别省市：
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