(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 202210543865.7 (22)申请日 2022.05.18 (71)申请人 中铁十五局集团有限公司 地址 200000 上海市 静安区共和新路6 66号 6楼 申请人 中铁十五局集团城市轨道交通工程 有限公司 (72)发明人 李少华　祁文睿　李建旺　张庆军　 彭元栋　姚铁军　焦雷　刘富强　 赵海涛　张扬　李长栓　高晶莹　 (74)专利代理 机构 洛阳公信知识产权事务所 (普通合伙) 41120 专利代理师 常晓虎 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) (54)发明名称 曲线隧道时空域地层沉降预测方法及可读 存储介质 (57)摘要 本发明提供一种曲线隧道时空域地层沉降 预测方法及可读存储介质， 其中的预测方法包 括： 运用源汇法原理， 得到实际土体内单位体积 空隙引起空间任一点的竖向变形； 建立考虑时间 效应的地层损失导致地层变形模型； 基于时间t 的地层变形模 型以及竖向变形， 推导对考虑时间 效应的隧道开挖期由单位体积间隙引起的地层 沉降计算公 式； 基于推导的计算公 式对曲线隧道 施工期由实际地层损失量导致的周围地层沉降 进行预测， 本发明的地层沉降预测方法， 基于三 维源汇法原理提出考虑时空效应的曲线隧道地 层沉降估算技术， 其结合曲线隧道实际三维空间 特征， 可准确地预测不同时刻曲线隧道地层沉降 的变化及分布 规律， 具有计算效率高且可达到实 时预判等优点。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115062373 A 2022.09.16 CN 115062373 A 1.曲线隧道时空域 地层沉降预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 运用源汇法原理， 得到实际土体内单位体积空隙引起空间任一 点的竖向变形； S2、 建立考虑时间效应的地层损失导致地层变形模型， 得到单位体积间隙导致周围岩 土体体积随时间的改变量 函数； S3、 基于时间t的地层变形模型以及竖向变形， 推导对考虑时间效应的隧道开挖期由单 位体积间隙引起的地层沉降计算公式； S4、 基于步骤S3推导的计算公式对曲线隧道施工期由实际地层损失量导致的周围地层 沉降进行 预测。 2.根据权利要求1所述的曲线隧道时空域地层沉降预测方法， 其特征在于， 步骤S1具体 包括以下步骤： S11、 假设在无限体中点F(x0,y0,z0)处的单位体积空隙引起 点P(x,y,z)处的变形为： 式中： r1＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z‑z0)2]1/2； 所述点F的镜像位置点F ′(x0,y0,–z0)处， 可获得体积相 等的单位体积膨胀在点P(x,y, z)处产生的变形为： 式中： r2＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z+z0)2]1/2； S12、 对于实际地层的半无 限体边界， 将F处和F ′处的单位体积间隙在地表产生的剪应 力反方向施加给地表， 即z＝0的平面， 进 而得到该步骤产生的竖向变形： 式中： i、 j分别为积分上、 下限变量； μ为岩土体的泊松比； r3＝[(x‑u)2+(y‑t)2+z2]1/2； m、 n均为 函数自变量； S13、 根据叠加原理， 得到实际岩土体内由于单位体积空隙产生的竖向变形： sz＝sz1+sz2+sz3。 3.根据权利要求2所述的曲线隧道时空域地层沉降预测方法， 其特征在于， 步骤S2具体 包括以下步骤： S21、 假设在单位体积间隙影响下， 岩土体 体积改变量是时间的函数， 将其定义 为V(t)； S22、 建立空间间隙导致周围岩土体体积动态变化的模型， 引入时间t， 假设初始时刻即 t＝0时， 空间土体有一半径为Ri的球形间隙， 进而导致岩土体有朝间隙球心收缩变形的趋 势， 且假定岩土体 体积改变量与初始位置 到间隙球心的距离Ro有关； 对于以间隙中点为球心、 半径为Ro的空间球面， 将其定义为等变形球面； 在 t＝∞的最终 时刻， 等收缩球面收缩变形的体积即为初始球形间隙的体积； S23、 假设等变形球面体积的变化率为dV(t)/dt， 且与等变形球面最终 收缩变形的体积权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062373 A 2与t时刻土体 体积改变量V(t)之差成正比， 即： 式中： A为土体 变形速度系数； S24、 给定初始条件： 进而求解出： 4.根据权利要求3所述的曲线隧道时空域地层沉降预测方法， 其特征在于， 步骤S3推导 的计算公式为： sz(t)＝(1‑e‑At)·(sz1+sz2+sz3)。 5.根据权利要求4所述的曲线隧道时空域地层沉降预测方法， 其特征在于， 步骤S4在对 曲线隧道施工期由实际地层损失量导致的周围地层沉降进 行预测时， 还需要考虑曲线隧道 由超挖间隙导 致的周围地层沉降。 6.可读存储介质， 其存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执行时实现权利 要求1至5任意一项所述方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062373 A 3