(19)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 202210503962.3 (22)申请日 2022.05.10 (71)申请人 苏州大学 地址 215000 江苏省苏州市吴中区石湖西 路188号 (72)发明人 刘维　张宣扬　吴奔　姚远　 史培新　 (74)专利代理 机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通 合伙) 32257 专利代理师 王广浩 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/10(2006.01) E21D 9/06(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 计算盾构隧道掘进面失稳最优支护力的方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种计算盾构隧道掘进面失 稳最优支护力的方法及系统， 该方法包括以下步 骤： S1、 基于平面应变假设， 构建螺旋破坏机制和 平动破坏 机制相结合的混合破坏 机制， 利用离散 技术构建螺旋破坏机制和平动破坏机制之间的 速度间断面， 并计算混合破坏 机制下各个点的坐 标； S2、 基于混合破坏机制， 运用上限定理计算最 优支护压力。 本发明计算盾构隧道掘进面失稳最 优支护力的方法通过构建螺旋破坏机制和平动 破坏机制相结合的混合破坏机制， 并利用离散技 术构建螺旋破坏机制和平动破坏机制之间的速 度间断面， 可 以完全反映土体真实失稳状态。 本 发明可得到更准确、 更安全的掘进面支护压力， 为提高实际工程安全性和规避风险提供更可靠 的理论支撑 。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 114970122 A 2022.08.30 CN 114970122 A 1.计算盾构隧道掘进面失稳最优支护 力的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 基于平面应变假设， 构建螺旋破坏机制和平动破坏机制相结合的混合破坏机制， 利 用离散技术构建螺旋破坏机制和平动破坏机制之间的速度间断面， 并计算混合破坏机制下 各个点的坐标； S2、 基于混合破坏机制， 运用上限定理计算 最优支护压力。 2.如权利要求1所述的计算盾构隧道掘进面失稳最优支护力的方法， 其特征在于， 所述 混合破坏机制假设土体为均质地层， 土体有效重度为γ， 有效粘聚力为c ′， 有效摩擦角为 土体破坏满足Mohr ‑Coulomb准则， 隧道埋深为C， 高度为D， 均布支护压力σt′作用在掘进 面AB上， 利用整体坐标系O(r, θ )与局部坐标系A(x,y)描述破坏机制， 优化参数rA、 θA分别为 OA长度及OA与竖向方向夹角， 则O、 B、 A点 坐标表示 为： O点： B点： A点： 混合破坏机制包括平动破坏机制Ω1和螺旋破坏机制Ω2， 平动破坏机制Ω1和螺旋破坏 机制Ω2之间通过速度间断面进行 过渡。 3.如权利要求2所述的计算盾构隧道掘进面失稳最优支护力的方法， 其特征在于， 所述 螺旋破坏机制Ω2以O为旋转中心、 角速度ω顺时针转动， 破坏边界AO ′、 FO′为对数螺旋线， 螺旋线满足控制方程： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114970122 A 2其中： 所述平动破坏机制Ω1以速度矢量v1作平动， v1与水平向夹角为 在A点 处切线与水平向夹角为 (xF′,yF′)为速度间断面终点。 4.如权利要求3所述的计算盾构隧道掘进面失稳最优支护力的方法， 其特征在于， 所述 利用离散技术构建螺 旋破坏机制和平动破坏机制之间的速度间断面， 包括： 令Pi(xi,yi)(i≥1)为速度间断面AF ′上已知任意一点， Pi+1(xi+1,yi+1)为下一生成点， PiPi+1＝s， s为离散长度， v2,A、 v1分别为螺旋破坏机制Ω2、 平动破坏机制Ω1在A点速度矢量， 相对速度矢量v12,A＝v1‑v2,A与速度间断面AF ′在A点切线成 由正弦定理可 得： v2,i为平动破坏机制Ω1在Pi处速度矢量， v2,i⊥OPi且|v2,i|＝ωOPi， 则v2,i可表示为： v2,i＝ω(yi‑yO,xO‑xi) 由相关联流动准则可知， 相对速度矢量v12,i与矢量PiPi+1夹角为 因此以 角度逆时 针旋转v12,i可获得PiPi+1单位方向 向量ui， 即： 由于： PiPi+1＝uis＝(xi+1‑xi,yi+1‑yi) 得到生成点Pi+1(xi+1,yi+1)局部坐标为： 以x1＝0、 y1＝0为初始条件进行迭代计算， 可依次获得速度间断面A F′各点坐标， F ′点的 坐标为： 当生成点 落在破坏边界BF ′上时终止计算， 此时生成点即为F ′点； 为易于破坏机制耗散功率的计算， 采用直线AF近似离散速度间断面AF ′， 其中点F为OA 延长线与Ω1底边界BF交点， 则点F坐标为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114970122 A 3