(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111328339.0 (22)申请日 2021.11.10 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号中南大 学本部 (72)发明人 曹平　邓慧娟　刘京铄　刘智振　 赵庆雄　罗新飏　张子洋　肖峰　 (74)专利代理 机构 长沙永星专利商标事务所 (普通合伙) 43001 代理人 周咏　米中业 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的 预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种隧道运营期间蠕变影响 下长期沉降的预测方法， 包括确定列车的动荷 载； 通过室内单轴和三轴蠕变试验建立蠕变模 型， 确定隧道所在岩层的蠕变参数； 建立三维有 限元模型， 进行隧道开挖， 得到隧道围岩的初始 沉降值； 给隧道道床部位施加列车动荷载， 加入 岩层的蠕变参数， 得到隧道土体的蠕变应变和竖 直方向沉降量， 并对隧道运营期间的蠕变影响进 行预测。 本发明加入了衬砌、 道床等对荷载传递 的影响， 同时能够模拟长期受力情况下蠕变参数 对沉降的影响， 提高了 计算速度和计算精度。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 113901567 A 2022.01.07 CN 113901567 A 1.一种隧道运营期间蠕变 影响下长期沉降的预测方法， 其特 征在于包括如下步骤： S1.确定列车的动荷载； S2.通过室内单轴和三轴蠕变试验建立蠕变模型， 确定隧道所在岩层的蠕变参数； S3.建立三维有限元模型， 得到隧道围岩的初始沉降值； S4.给隧道道床部位施加列车动荷载， 加入岩层的蠕变参数， 得到隧道土体的蠕变应变 和竖直方向沉降量， 并对隧道运营期间的蠕变 影响进行 预测。 2.根据权利要求1所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤S1， 包括采用激振力函数来模拟列车荷载， 列车荷载由静荷载和震动载荷组成， 具体为： F(t)＝k(p0+pisin(ωit)) 其中， F(t)表示列车载荷； k表示衬砌和道床对荷载传递影响的分散系数； p0表示车轮静 荷载； pi表示不同情况下的行车荷载典型值， i＝1,2,3， i＝1时为列车不平顺性时， i＝2时 为动力附加荷载时； i＝3时为轨面波形损耗时， M表示列车簧下质量； ai表示 典型矢高； ωi表示不同因素i下对应车速选不平顺振动波长的圆频率； ωi＝2vπ/Li， v为列 车运行速度； Li为不同因素i下的典型波长 。 3.根据权利要求1所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤S2中的建立 蠕变模型， 蠕变模型包括 弹性元件、 粘性元件或塑性元件， 将弹性元 件、 粘性元件或塑性元件串联或并联组成蠕变模型。 4.根据权利要求2所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤S2中的确定隧道所在岩层的蠕变参数包括： A1.通过试验蠕变曲线确定蠕变模 型可能含有的元件， 建立蠕变模型得到蠕变方程； A2.通过试验蠕变曲线拟合， 得到蠕变参 数。 5.根据权利要求4所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤A1， 包括获取蠕变模型的蠕变方程： 其中， ε为隧道围岩累积的蠕变应变； A表示蠕变减速阶段材料有关系数； m0表示时间指 数； n0表示蠕变减速阶段应力指 数； k表示蠕变减速阶段应力与 应力指数之间的拟合线性系 数； σ 表示加载应力； t表示蠕变时间； B表示蠕变稳定阶段材料有关系数； n1表示蠕变稳定阶 段应力指数； C表示 蠕变加速阶段蠕变拟合参数； d表 示蠕变加速阶段蠕变拟合参数的指数； E表示蠕变加速阶段蠕变拟合常数参数； σs表示非线性 黏塑性体的应力门槛 值。 6.根据权利要求5所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤A 2， 包括拟合 步骤A1的蠕变方程的若干参数： B1.拟合稳定蠕变阶段的参数； 稳定蠕变阶段的应变率为常数， 为小于应力门槛值 时的 蠕变方程； 对σ ＜σs时的蠕变方程求导得到σ ＜σs时的蠕变速率方程式并求导将蠕变速率方 程式转换为 绘制对数坐标下的蠕变速率和应力曲线， 进行拟合得到蠕变稳定阶 段材料有关系数B和蠕变稳定阶段应力指数n1；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113901567 A 2B2.拟合减速蠕变阶段的参数； 绘制不同应力加载条件下达到稳定蠕变的时间关系图； 假设稳定蠕变阶段的应变率 为常数， 对蠕变速率方程进行拟 合， 设 置沉降量m， m＝m0+kσ， 得到不同应力下的沉降量m值； 通过对沉降量m与加载应力σ 关系的拟 合求解时间指数m0和蠕变减速阶段应力与应力指数之间的拟合线性系数k； 并对不同应力 下拟合公式 中的蠕变减速阶段应力指数n0取平均值； B3.拟合加速蠕变阶段的参数； 为大于非线性黏塑性体的应 力门槛值σs的蠕变方程， 将 变形为 求导后绘制对数坐标下的曲线并进行拟合得到蠕变加速阶段蠕变拟合参数的指数d和蠕变 加速阶段蠕变拟合参数C， 将求得的蠕变加速阶段蠕变拟合参数的指数d和蠕变加速阶段蠕 变拟合参数C代入加速阶段一 点的值求解得到蠕变加速阶段蠕变拟合常数参数E 。 7.根据权利要求1所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤S3， 按照预设数值设置三维有限元模型的水平长度、 三维有限元模型的数值长 度和隧道模型 的水平长度； 并模拟隧道模型中的土体； 将三维有限元模型 的水平长度按照 隧道直径的十倍选取， 将模型 的竖直长度按照隧道直径的八倍选取， 隧道模型 的水平长度 的范围为120m ‑180m； 隧道模型中的土体采用摩尔库伦模型进行模拟； 并进行隧道开挖， 得 到隧道围岩的初始沉降值。 8.根据权利要求1 ‑7之一所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特 征在于所述的步骤S4， 包括给隧道道床 部位施加列车动荷载， 再添加岩层的蠕变参数， 得到 隧道土体的蠕变应变和围岩竖直方向沉降量， 并对隧道运营期间蠕变影响下的长期沉降进 行预测。 9.根据权利要求8所述的隧道运营期间蠕变影响下长期沉降的预测方法， 其特征在于 所述的步骤S4， 围岩竖直方向沉降量s包括： 其中， h为隧道埋深； ε为隧道围岩累积的蠕变 应变。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113901567 A 3