【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管片设计参数优化，具体为一种盾构隧道管片设计参数优化方法及系统。
技术介绍
1、盾构隧道管片设计参数优化方法是指通过系统化的方法和技术手段，对影响盾构隧道管片性能的设计参数进行综合分析和调整，以实现最佳的工程性能、经济效益和施工可行性。其主要目标是通过优化参数组合，提高管片结构的强度和耐久性，降低施工成本和风险，确保施工过程的顺利和安全。
2、现有技术中的，公开号为cn110737960b公开了一种盾构隧道管片设计参数优化方法，涉及工程建筑
，其包括利用正交试验表和管片设计参数进行参数值组合，并形成若干工况设计方案；计算得到各工况设计方案下的盾构隧道管片最小安全系数kmin；根据工况设计方案下的管片设计参数和对应kmin训练bp神经网络；根据管片设计参数、kmin、管片设计参数和kmin的映射关系，采用遗传算法，求取管片设计参数最优解；调整管片设计参数最优解。该方法对于实际盾构隧道管片设计而言，其可操作性和可靠性都很强，弥补了现有盾构隧道管片设计依靠经验进行优化的方式的不足，能对多个设计参数变量在更大的范围内同时进行优化，能够保证设计方案中的设计参数取值为最优的，以确保设计方案的安全性施工。
3、但是还存在如下不足，由上述的陈述可知，首先上述方案主要关注几何参数的优化，而未将隧道所处环境的荷载因素，如地下水压力、岩石硬度和地面荷载纳入其中，而环境荷载对管片的实际力学性能和稳定性有着关键影响，忽略环境荷载导致管片设计参数优化结果与实际工程需求存在偏差，影响管片的稳定性；再者现有方法依赖于
4、在所述
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部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种盾构隧道管片设计参数优化方法及系统，以解决上述
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中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种盾构隧道管片设计参数优化方法，具体步骤包括：
4、s1.采集管片的自身参数和影响管片设计的环境荷载参数，所述管片的自身参数包括管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离，所述环境荷载参数包括地下水压力、岩石硬度和地面荷载；
5、s2.将采集的管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离进行多元回归分析，获取管片结构的变形量，将采集的地下水压力、岩石硬度和地面荷载进行多元回归分析，获取管片结构的稳定性指数，根据管片结构的变形量和稳定性指数，建立优化管片设计参数的目标函数；
6、s3.构建盾构隧道管片的有限元模型，建立材料属性和边界条件约束，并施加外部荷载，进行静态分析和屈曲分析，分别获取管片结构的最大变形量和最小稳定性指数，将管片结构的最大变形量和最小稳定性指数代入目标函数，进行管片设计参数优化求解；
7、s4.根据优化求解得到的设计参数，制定具体的管片设计方案，包括确定优化的管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离的尺寸参数，将优化的管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离的尺寸参数进行数据处理，并进行相关性分析，生成管片设计参数的综合系数；
8、s5.根据综合系数所处的区间范围，判断盾构隧道管片设计参数优化情况。
9、进一步地，将采集的管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离进行多元回归分析，获取管片结构变形量的多元回归方程，依据的公式如下：
10、
11、其中，为管片结构的变形量，为管片宽度，为管片厚度，为封顶块角度，为邻接块角度，为封顶块与邻接块的距离，为常数项，，为误差项，，为管片宽度的回归系数，为管片厚度的回归系数，为封顶块角度的回归系数，为邻接块角度的回归系数，为封顶块与邻接块的距离的回归系数，，，，，，，且。
12、进一步地，将采集的地下水压力、岩石硬度和地面荷载进行多元回归分析，获取管片结构稳定性指数的多元回归方程，依据的公式如下：
13、
14、其中，为管片结构稳定性指数，为地下水压力，为岩石硬度，为地面荷载，为常数项，，为误差项，，为地下水压力的回归系数，为岩石硬度的回归系数，为地面荷载的回归系数，，，，，且。
15、进一步地，根据管片结构的变形量和稳定性指数，建立优化管片设计参数的目标函数，公式如下：
16、
17、其中，为目标函数，为最小化的目标值，为管片结构的变形量的权重系数，为管片结构稳定性指数的权重系数，，，，且。
18、进一步地，构建盾构隧道管片的有限元模型，建立材料属性和边界条件约束，并施加外部荷载，进行静态分析和屈曲分析，分别获取管片结构的最大变形量和最小稳定性指数的过程如下：
19、静态分析：
20、使用材料属性建立整体刚度矩阵：
21、
22、其中，为管片结构的刚度矩阵，为材料弹性矩阵，为应变-位移矩阵，为积分的体积域。
23、根据施加的荷载建立外部荷载向量：
24、
25、其中，为外部荷载向量，为地下水对隧道管片表面施加的压力，为岩层对隧道管片施加的压力，为地面载荷对隧道管片施加的压力；
26、求解位移向量：
27、
28、依据管片结构的刚度矩阵和外部荷载向量，构建管片位移向量的变形图，分析变形图，获取最大变形量；
29、屈曲分析：
30、建立几何刚度矩阵：
31、
32、其中，s是应力矩阵；
33、广义特征值的形式为：
34、
35、其中，为几何刚度矩阵，为特征值，表示临界荷载因子，为特征向量。
36、特征值通过求解矩阵行列式为零的方程获取：
37、
38、对每个特征值λ，即稳定性指数，求解的线性方程组，以找到相应的特征向量；
39、计算得到的特征值，=1，2，3，...a，表示不同的临界荷载因子，在所有计算得到的特征值中，选择最小的特征值作为最小稳定性指数。
40、进一步地，将管片结构的最大变形量和最小稳定性指数代入目标函数，进行管片设计参数优化求解的过程如下：
41、将管片结构的最大变形量和最小稳定性指数代入目标函数，目标函数的公式为：
42、
43、将代入的位置，将代入的位置，因此，目标函数变为：
44、
45、通过上述的计算，使得达到最小值，从而实现管片结构的最大变形量和最小稳定性指数的最优平衡；
46、在获取最大变形量的最优平衡后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：将采集的管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离进行多元回归分析，获取管片结构变形量的多元回归方程，依据的公式如下：
3.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：将采集的地下水压力、岩石硬度和地面荷载进行多元回归分析，获取管片结构稳定性指数的多元回归方程，依据的公式如下：
4.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：根据管片结构的变形量和稳定性指数，建立优化管片设计参数的目标函数，公式如下：
5.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：构建盾构隧道管片的有限元模型，建立材料属性和边界条件约束，并施加外部荷载，进行静态分析和屈曲分析，分别获取管片结构的最大变形量和最小稳定性指数的过程如下：
6.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：将管片结构的最大变形量和最小稳定性指数代入目标函数
7.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：将管片宽度优化值、管片厚度优化值、封顶块角度优化值、邻接块角度优化值、封顶块与邻接块的距离优化值的尺寸参数进行数据处理，并进行相关性分析，生成管片设计参数的综合系数，依据的公式如下：
8.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：根据综合系数所处的区间范围，判断盾构隧道管片设计参数优化情况的过程如下：
9.一种盾构隧道管片设计参数优化系统，所述系统用于执行权利要求1-8任一所述的一种盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：包括：
...【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：将采集的管片宽度、管片厚度、封顶块角度、邻接块角度、封顶块与邻接块的距离进行多元回归分析，获取管片结构变形量的多元回归方程，依据的公式如下：
3.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：将采集的地下水压力、岩石硬度和地面荷载进行多元回归分析，获取管片结构稳定性指数的多元回归方程，依据的公式如下：
4.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：根据管片结构的变形量和稳定性指数，建立优化管片设计参数的目标函数，公式如下：
5.根据权利要求1所述的盾构隧道管片设计参数优化方法，其特征在于：构建盾构隧道管片的有限元模型，建立材料属性和边界条件约束，并施加外部荷载，进行静态分析...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪卫忠，张挺，朱浩威，龚佳亮，
申请(专利权)人：中交三航南通海洋工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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