(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 202210594300.1 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 石家庄铁道大 学 地址 050043 河北省石家庄市北二环东路 17号 (72)发明人 刘淑红　朱永全　段士杰　范金录　 闻磊　 (74)专利代理 机构 河北国维致远知识产权代理 有限公司 13137 专利代理师 秦春芳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 复合式衬砌隧道的应力和位移确定方法及 设备 (57)摘要 本发明提供了一种复合式衬砌隧道的应力 和位移确定方法及设备， 其中复合式衬砌隧道的 区域包括围岩、 初支和二衬； 围岩与初支的接触 面为第一接触面； 初支与二衬的接触面为第二接 触面； 二衬的内边界为第三接触面； 该方法包括： 获取隧道截面结构参数、 远场应力参数、 隧道各 区域的材料参数、 各接触面的边界条件和接触条 件并以此确定应力连续条件和位移连续条件； 根 据应力连续条件和位移连续条件确定各区域的 应力函数以解析各接触面上应力和位移。 通过各 接触面上的连续条件进行确定， 能够在不需要进 行数值模拟和实验研究的前提下， 仅根据一些隧 道各区域的固定参数和条件， 准确计算应力和位 移， 从而解决现有技术难以应用到复合式衬砌隧 道的问题。 权利要求书5页 说明书17页 附图6页 CN 114969925 A 2022.08.30 CN 114969925 A 1.一种复合式衬砌 隧道的应力和位移确定方法， 其特征在于， 所述复合式衬砌隧道的 区域包括围岩、 初支和二衬； 所述围岩的内边界与所述初支的外边界的接触面为第一接触 面； 所述初支的内边界与所述二衬的外边界的接触面为第二接触面； 所述二衬的内边界为 第三接触面； 所述方法包括： 获取隧道截面结构参数、 远场应力参数、 隧道各区域的材料参数、 各接触面的边界条件 和接触条件； 根据隧道截面结构参数、 远场应力参数、 隧道各区域的材料参数、 各接触面的边界条件 和接触条件确定应力连续条件和位移连续条件； 根据所述应力连续条件和所述 位移连续条件确定各区域的应力函数； 根据各区域的应力函数确定各接触面上应力和位移。 2.根据权利要求1所述的复合式衬砌隧道的应力和位移确定方法， 其特征在于， 所述根 据隧道截面结构参数、 远场应力参数、 隧道各区域的材料参数、 各接触面的边界条件和接触 条件确定应力连续条件和位移连续条件， 包括： 根据隧道截面结构参数、 远场应力参数、 围岩的材料参数、 初支 的材料参数、 第一接触 面的边界条件和接触条件， 确定第一接触面的位移连续条件； 根据隧道截面结构参数、 远场应力参数、 第一接触面的边界条件和接触条件， 确定第一 接触面的应力连续条件； 根据隧道截面结构参数、 初支的材料参数、 二衬的材料参数、 第二接触面的边界条件和 接触条件， 确定第二接触面的位移连续条件； 根据隧道截面结构参数、 第二接触面的边界条件和接触条件， 确定第二接触面的应力 连续条件； 根据隧道截面结构参数、 二衬的内边界的边界条件， 确定第三接触面的应力连续条件； 根据隧道截面结构参数、 围岩的材料参数， 确定 隧道开挖引起的围岩内边界位移连续 条件。 3.根据权利要求2所述的复合式衬砌隧道的应力和位移确定方法， 其特征在于， 所述第 一接触面的边界条件为： ρ ＝1 ζ ＝eiθ＝σ 其中， ρ 为所述复合式衬砌隧道在映射平面上的极径， θ为所述复合式衬砌隧道在映射 平面上的极角， ζ 为映射平面上的变量， σ 为单位圆周， i 为虚数； 所述第一接触面的接触条件为完全接触； 所述第一接触面的位移连续条件为：权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114969925 A 2所述第一接触面的应力连续条件为： 其中， κ1为第一系 数， G1为第一剪切弹性模量， κ1和G1由所述围岩的材料参数确定； κ2为 第二系数， G2为第二剪切弹性模量， κ2和G2由所述初支的材 料参数确定； B、 B′、 C′为所述远场应力参数， Ck为所述隧道截面结构参数， Wj和Wj′由Ck确定； m为复合 式衬砌隧道的映射 函数的项数， n 为预设保留项数， i 为虚数， j为序号； aj和bj为围岩的应力函数的第一待定系数， dj、 fj、 gj、 hj为初支的应力函数的第二待定 系数。 4.根据权利要求2所述的复合式衬砌隧道的应力和位移确定方法， 其特征在于， 所述第 二接触面的边界条件为： ζ ＝R1σ 其中， ζ 为映射平面上的变量， σ 为单位圆周， R1为第一边界参数； 所述第二接触面的接触条件为 光滑接触； 所述第二接触面的位移连续条件为：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114969925 A 3