喷射混凝土支护安全系数的计算方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及土木工程，尤其涉及一种喷射混凝土支护安全系数的计算方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、隧道工程作为一项历史悠久的建筑活动，自古以来就伴随着人类的发展。从古代的简单挖掘和支撑技术，到现代的高科技隧道施工方法，隧道工程经历了巨大的变革。随着科技的进步和工程需求的增加，隧道施工技术不断创新，特别是在机械挖掘、地质勘探、支护技术以及安全管理等方面取得了显著进步。

2、近年来，隧道施工技术的发展带来了许多挑战，尤其是在软弱围岩的施工环境中。由于喷射混凝土在初期强度较低，这可能导致支护结构的抗力不足，进而增加隧道塌方的风险，造成重大的经济损失和安全问题。同时，为了提高喷射混凝土的强度以增强支护能力，往往需要使用更高强度的材料，这又会导致施工成本的显著增加，因此，现在亟需一种确定喷射混凝土支护安全系数的方法，使得喷射混凝土在初期有足够的支护结构抗力，不至于引起隧道的塌方。

技术实现思路

1、本发明提供一种喷射混凝土支护安全系数的计算方法、装置、设备及介质，其主要目的在于提升隧道施工的安全性。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种喷射混凝土支护安全系数的计算方法，包括：

3、获取挖掘隧道的地质勘探数据，并对所述挖掘隧道的隧道断面进行等代圆处理，通过所述地质勘探数据计算所述隧道断面对应等代圆的半径，得到等代圆半径；

4、基于所述地质勘探数据获取所述隧道断面的钢架支护和喷射混凝土支护，并根据所述喷射混凝土支护和所述钢架支护构建联合支护特征曲线，其中，所述联合支护特征曲线包括联合支护的刚度曲线和联合支护的最大承载力曲线；

5、通过所述联合支护的刚度曲线建立数值模拟模型，获取支护抗力，并将所述等代圆半径作为所述隧道断面的隧道半径，结合所述地质勘探数据和所述隧道断面的支护抗力计算围岩特征曲线；

6、通过所述联合支护的最大承载力曲线将所述支护抗力分配给挖掘隧道的喷射混凝土，得到数值抗压强度；

7、通过所述围岩特征曲线在所述挖掘隧道中设置混凝土应变计监测混凝土的抗压强度，得到实测抗压强度；

8、根据所述实测抗压强度和所述数值抗压强度，选择预设的安全计算公式，计算所述喷射混凝土支护的安全系数。

9、可选地，所述通过所述地质勘探数据计算所述隧道断面对应等代圆的半径，得到等代圆半径，包括：

10、获取所述地质勘探数据中所述隧道断面的开挖高度，以及所述隧道断面的开挖跨度；

11、利用所述开挖高度和所述开挖跨度进行计算，得到所述等代圆半径。

12、可选地，所述利用所述开挖高度和所述开挖跨度进行计算，得到所述等代圆半径的计算公式如下：

13、r0＝[(b/2)2+f2]/2f

14、其中，r0为等代圆半径，f为选定的隧道断面的开挖高度，b为选定的隧道断面的开挖跨度。

15、可选地，所述通过所述联合支护的刚度曲线建立数值模拟模型，获取支护抗力，包括：

16、通过所述联合支护的刚度曲线获取所述挖掘隧道的支护结构，并获取几何形状、材料属性和地质条件，并根据所述挖掘隧道的几何形状、材料属性、地质条件和支护结构构建数值模拟模型；

17、通过在所述数值模拟模型中增加边界条件，并进行求解，得到所述挖掘隧道的支护结构和围岩之间的平衡状态；

18、收集所述挖掘隧道的设计参数、地质勘探数据和支护结构的特性建立隧道和支护结构的结构模型；

19、将所有相关的材料属性、边界条件和初始条件输入所述结构模型，运行所述结构模型进行计算，得到所述支护结构在不同工况下的应力、应变和位移；

20、根据所述应力、应变、位移计算支护抗力和所述支护结构和围岩之间的平衡状态计算得到所述支护抗力。

21、可选地，所述通过所述联合支护的最大承载力曲线将所述支护抗力分配给挖掘隧道的喷射混凝土，得到数值抗压强度，包括：

22、获取所述挖掘隧道所使用的支护参数；

23、根据所述挖掘隧道的地质勘探数据和隧道断面尺寸，计算作用在所述隧道断面上的围岩压力；

24、通过所述联合支护的最大承载力曲线，结合支护参数和围岩压力，计算联合支护系统所能够承受的最大荷载；

25、在所述支护抗力大于所述最大荷载时，根据各个喷射混凝土支护元件的特性和布置，将所述支护抗力分配给各个喷射混凝土支护元件；

26、将分配给喷射混凝土的支护抗力与各个喷射混凝土支护元件的面积相除，得到喷射混凝土的数值抗压强度。

27、可选地，所述根据所述喷射混凝土支护和所述钢架支护构建联合支护特征曲线，包括：

28、获取所述喷射混凝土支护的支护特征曲线和所述钢架支护的支护特征曲线，得到喷射混凝土支护特征曲线和所述钢架支护特征曲线；

29、基于所述喷射混凝土支护特征曲线和所述钢架支护特征曲线得到所述联合支护特征曲线。

30、可选的，所述将所述等代圆半径作为所述隧道断面的隧道半径，结合所述地质勘探数据和所述隧道断面的支护抗力计算围岩特征曲线，包括：

31、获取所述地质勘探数据中的围岩弹性模量、围岩泊松比、内摩擦角和初始围岩压力；

32、基于所述围岩弹性模量、围岩泊松比、内摩擦角、初始围岩压力、隧道半径和所述支护抗力计算所述围岩特征曲线，其中，所述围岩特征曲线的关系式如下：

33、

34、其中，r0为隧道半径，e是围岩的弹性模量，μ是围岩的泊松比，为内摩擦角，p0为初始围岩压力，pi为支护抗力。

35、为了解决上述问题，本发明还提供一种喷射混凝土支护安全系数的计算装置，所述装置包括：

36、特征曲线构建模块，用于获取挖掘隧道的地质勘探数据，并对所述挖掘隧道的隧道断面进行等代圆处理，通过所述地质勘探数据计算所述隧道断面对应等代圆的半径，得到等代圆半径；基于所述地质勘探数据获取所述隧道断面的钢架支护和喷射混凝土支护，并根据所述喷射混凝土支护和所述钢架支护构建联合支护特征曲线，其中，所述联合支护特征曲线包括联合支护的刚度曲线和联合支护的最大承载力曲线；

37、数值强度计算模块，用于通过所述联合支护的刚度曲线建立数值模拟模型，获取支护抗力，并将所述等代圆半径作为所述隧道断面的隧道半径，结合所述地质勘探数据和所述隧道断面的支护抗力计算围岩特征曲线；通过所述联合支护的最大承载力曲线将所述支护抗力分配给挖掘隧道的喷射混凝土，得到数值抗压强度；

38、实测强度监测模块，用于通过所述围岩特征曲线在所述挖掘隧道中设置混凝土应变计监测混凝土的抗压强度，得到实测抗压强度；

39、安全系数计算模块，用于根据所述实测抗压强度和所述数值抗压强度，选择预设的安全计算公式，计算所述喷射混凝土支护的安全系数。

40、为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：

41、至少一个处理器；以及，

42、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

43、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的喷射混凝土支护安全系数的计算方法。

44、为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括存储数据区和存储程序区，存储数据区存储创建的数据，存储程序区存储有计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的喷射混凝土支护安全系数的计算方法。

45、本发明实施例首先获取挖掘隧道的地质勘探数据，并对挖掘隧道的隧道断面进行等代圆处理，通过地质勘探数据计算隧道断面对应等代圆的半径，得到等代圆半径，实现将隧道断面看作圆形并获取其半径的目的，之后基于地质勘探数据获取隧道断面的钢架支护和喷射混凝土支护，并根据喷射混凝土支护和钢架支护构建联合支护特征曲线，其中，联合支护特征曲线包括联合支护的刚度曲线和联合支护的最大承载力曲线，然后通过联合支护的刚度曲线建立数值模拟模型，获取支护抗力，并将等代圆半径作为隧道断面的隧道半径，结合地质勘探数据和隧道断面的支护抗力计算围岩特征曲线，然后通过联合支护的最大承载力曲线将支护抗力分配给挖掘隧道的喷射混凝土，得到数值抗压强度，达成从数值层面上获取喷射混凝土的抗压强度，最后通过围岩特征曲线在挖掘隧道中设置混凝土应变计监测混凝土的抗压强度，得到实测抗压强度，根据实测抗压强度和数值抗压强度，选择预设的安全计算公式，计算喷射混凝土支护的安全系数。因此本发明提出的喷射混凝土支护安全系数的计算方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，通过将隧道断面等代圆化，以及通过建立数值模拟模型计算隧道断面的数值抗压强度和监测隧道断面的实测抗压强度，得到喷射混凝土支护的安全系数，提高隧道施工的安全性。