非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法与流程

本发明涉及一种隧洞工程领域，尤其涉及一种非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法。

背景技术：

1、锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式，为施工提供稳固性。

2、锚杆支护时需要对锚杆的参数确定出一个能够适应于施工场景的优化值，从而才能够确保工程质量，现有技术中：锚杆参数的优化有数值模拟法和力学解析法。

3、数值模拟法采用flac3d等软件，结合现场监测或试验结果对锚杆支护方案进行分析，在研究复杂地质模型中的锚杆支护方案时具有显著的优点，但是其只能针对有限的几种方案进行比选，得到相对最优解，其适应能力差。

4、力学解析法大多基于均匀应力场假设，针对单根锚杆进行力学分析。理论上，解析方法可得到方案的绝对最优解，但计算过程较为复杂，而且在实际工况中力场都是非均匀性的，因此，现有的力学解析法难以应用。

5、因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段加以解决。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，能够对非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆的参数进行优化，确定出适应于非均匀力场的锚杆的最优参数，而且其算法过程相对于现有技术更加简单，效率高，具有较强的通用性，为工程质量提供保障。

2、本发明提供的一种非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，包括以下步骤：

3、s1.获取工程数据；

4、s2.构建锚杆参数优化模型f(x)：

5、f(x)＝△σ前-△σ后；其中：△σ前为深埋圆形隧洞未支护时洞周切向应力和径向应力的差值，△σ后为锚杆-衬砌共同作用下洞周切向应力和径向应力的差值；

6、其中p表示垂直地应力；λ为深埋隧洞水平侧压力系数，θ为锚杆环向夹角，θ∈[0,π/2]，θj表示将环向夹角θ进行m等分后第j等分的夹角，r0为深埋隧洞的开挖半径，具有下标的ξ为待定系数；

7、锚杆参数优化模型的约束条件为：

8、为锚杆支护后洞周处的相对净位移，ζ为控制值，为锚杆支护前洞周处的相对净位移，η为洞周相对净位移释放系数；

9、s3.以锚杆参数优化模型的最小值为目标对锚杆参数进行求解，得到最优锚杆参数。

10、进一步，步骤s3中，根据如下方法确定锚杆支护后洞周处的相对净位移

11、

12、

13、其中：μ1为岩体泊松比，e1为岩体弹性模量，g1为岩体的剪切模量，μ2为锚杆的等效泊松比，e2为锚杆的等效弹性模量，r1为支护的外半径，g2为锚杆支护加固体的剪切模量，具有下标的ξ为待定系数。

14、进一步，步骤s3中，根据如下方法确定锚杆支护前洞周处的相对净位移

15、其中：e为自然常数，i为虚数，z为复变平面变量；

16、其中：表示对求导后取共轭，表示ψ(z)取共轭；

17、进一步，根据如下方法确定锚杆的等效泊松比和等效弹性模量：

18、

19、其中：eb为锚杆的弹性模型，μb为锚杆的泊松比，rb为锚杆半径，sl为锚杆排距，sρ为锚杆环向间距，sρ＝(r0+l/2)θ，l为锚杆长度。

20、进一步，待定系数通过如下方法确定：

21、构建待定系数求解方程：

22、

23、对待定系数求解方程进行求解得到待定系数。

24、本发明的有益效果：通过本发明，能够对非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆的参数进行优化，确定出适应于非均匀力场的锚杆的最优参数，而且其算法过程相对于现有技术更加简单，效率高，具有较强的通用性，为工程质量提供保障。

技术特征：

1.一种非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，其特征在于：步骤s3中，根据如下方法确定锚杆支护后洞周处的相对净位移

3.根据权利要求2所述非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，其特征在于：步骤s3中，根据如下方法确定锚杆支护前洞周处的相对净位移

4.根据权利要求2所述非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，其特征在于：根据如下方法确定锚杆的等效泊松比和等效弹性模量：

5.根据权利要求2所述非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，其特征在于：待定系数通过如下方法确定：

技术总结
本发明提供的一种非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆参数优化方法，包括以下步骤：S1.获取工程数据；S2.构建锚杆参数优化模型F(X)：S3.以锚杆参数优化模型的最小值为目标对锚杆参数进行求解，得到最优锚杆参数；能够对非均匀应力场深埋圆形隧洞锚杆的参数进行优化，确定出适应于非均匀力场锚杆的最优参数，而且其算法过程相对于现有技术更加简单，效率高，具有较强的通用性，为工程质量提供保障。

技术研发人员：吴梦军,吴庆良,胡学兵,方林,王惠贤,李铮,刘冒佚
受保护的技术使用者：招商局重庆交通科研设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13