(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 202111524883.2 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 中铁十五局集团有限公司 地址 200040 上海市 静安区共和新路6 66号 6楼 (72)发明人 李少华　黄昌富　姚铁军　赵中华　 栾焕强　张帆舸　岳粹洲　田国文　 (74)专利代理 机构 上海申蒙商标专利代理有限 公司 31214 代理人 黄明凯 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E21D 9/06(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 预测盾构沿曲线路径掘进导致周围土体应 力场变化的方法 (57)摘要 本发明公开了一种预测盾构沿曲线路径掘 进导致周围土体应力场变化的方法， 包括以下步 骤： （1） 运用三维源汇法原理， 得到半无限体内单 位体积空隙引起的空间任一点应力增量解答； （2） 根据盾构沿曲线路径掘进特点， 确定实际掘 进期间的地层损失量； （3） 开发盾构沿曲线路径 掘进时由实际地层损失量导致的周围土体应力 场沿轴线方向及环开挖面方向变化的计算程序， 以获得所述盾构沿曲线路径掘进时沿轴线方向 变化的地层应力以及环开挖面变化的地层应力。 本发明的优点是： 适用于土体损失间隙为三维空 间工况， 以沿曲线路径掘进为例， 施工时需要曲 线超挖， 运用本发明所述的预测程序， 可准确计 算三维超挖间隙导 致周围土 体应力场的变化。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 114417451 A 2022.04.29 CN 114417451 A 1.一种预测盾构沿 曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方法， 其特征在于所述方 法包括以下步骤： (1)运用三维源汇法原理， 得到半无限体内单位体积空隙引起的空间任一点应力增量 解答； (2)根据盾构沿曲线路径掘进特点， 确定实际掘进期间的地层损失量； (3)开发盾构 沿曲线路径掘进时由实际地层损失量导致的周围土体应力场沿轴线方向 及环开挖面方向变化的计算程序， 以获得所述盾构沿曲线路径掘进时沿轴线方向变化的地 层应力以及环开挖面变化的地层应力。 2.根据权利要求1所述的一种预测盾构沿 曲线路径掘进导致周围土体应力场变化的方 法， 其特征在于步骤(1)包括以下步骤： (1.1)假设土体为无边界的无限体， 给出在所述无限体中点F(x0,y0,z0)处的单位体积 空隙引起 点P(x,y,z)处的位移分量Sk1： 式中： k为函数自变量， 为x或y或z； (k–k0)＝(x–x0)、 (y–y0)、 (z–z0)中的一种； r1＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z‑z0)2]1/2； (1.2)获得点F(x0,y0,z0)的镜像位置点F ′(x0,y0,–z0)处大小相等的体积膨胀在 点P(x, y,z)处的位移分量： 式中： m为x或y； (m–m0)＝(x–x0)或(y–y0)； r2＝[(x‑x0)2+(y‑y0)2+(z+z0)2]1/2； (1.3)已知弹性力学基本方程， 得到步骤(1.1)和步骤(1.2)产生的应 变、 应力解 答： 式中： k为函数自变量， 为x或y或z；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114417451 A 2Sk2引用Sm2的计算公式； m＝x， 或y； G为土体剪切模量； μ为土体泊松比； (1.4)获得以上两步产生沿m轴方向的应力计算 程序： 其中： m轴是指x轴或y轴； (m,n)＝(x,y)， 或(y,x)； 所述两步是指所述无限体内的空隙及其镜像间 隙引起任意点应力分量的解答， 为符合 实际边界条件， 即半无限体条件， 应将前两步在地表产生的剪应力(Gγxz； Gγyz)反方向作 用于地表， 可求得其产生的应力分量： 式中： b、 c、 u、 t均为 函数自变量； r3＝[(x‑u)2+(y‑t)2+z2]1/2； 以上3步解答之和即为半径为1的空隙引起的任一点应力增量解答， 从而单位体积空隙 产生的应力增量 为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114417451 A 3