(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 202210841279.0 (22)申请日 2022.07.18 (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　闻磊　陈鹏　剧成健　 张雪娇　 (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. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 只施加初期支护圆形结构的应力和位移确 定方法及设备 (57)摘要 本发明提供了一种只施加初期支护圆形结 构的应力和位移确定方法及设备， 该方法包括： 首先获取圆形结构的结构参数、 材料参数以及远 场应力参数； 然后根据结构参数、 材料参数以及 远场应力参数， 确定初支和围岩的相互作用力； 再根据结构参数、 材料参数、 远场应力参数和相 互作用力， 确定圆形结构 的位移； 最后根据结构 参数、 远场应力参数和相互作用力， 确定圆形结 构的应力。 在考虑了围岩和结构的相互作用的前 提下， 将圆形结构的求解问题 转化为平面轴对称 问题， 根据厚壁圆筒受内外压的解， 得到圆形结 构准确的应力和位移。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115223667 A 2022.10.21 CN 115223667 A 1.一种只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在于， 所述圆形结构 为圆形竖井或圆形隧道， 所述方法包括： 获取圆形 结构的结构参数、 材 料参数以及远场应力参数； 根据所述结构参数、 所述材料参数以及所述远场应力参数， 确定初支和围岩的相互作 用力； 根据所述结构参数、 所述材料参数、 所述远场应力参数和所述相互作用力， 确定所述 圆 形结构的位移； 根据所述结构参数、 所述远场应力参数和所述相互作用力， 确定所述圆形 结构的应力。 2.根据权利要求1所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在 于， 所述材料参数包括初支材料参数和围岩材料参数； 所述根据所述结构参数、 所述材料参 数和所述相互作用力， 确定所述圆形 结构的位移， 包括： 根据所述结构参数、 所述初支材料参数和所述相互作用力， 确定所述圆形结构的初支 径向位移分量； 根据所述结构参数、 所述围岩材料参数、 所述远场应力参数和所述相互作用力， 确定所 述圆形结构的围岩径向位移分量。 3.根据权利要求2所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在 于， 所述初支 径向位移分量表达式为： 所述围岩径向位移分量表达式为： 其中， uρ l为初支径向位移分量， EL和 μL为所述初支材料参数， AL为第一初支系数， CL为第 二初支系数， AL和CL均由所述结构参数和所述相互作用力确定， ρ 为极径， ER和 μR为所述围岩 材料参数； uρR为围岩径 向位移分量， ER和 μR为所述围岩材料参数， AR为第一围岩系数， CR为第二围 岩系数， AR和CR均由所述结构参数、 所述相互作用力和所述远场应力参数确定 。 4.根据权利要求1所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在 于， 所述材料参数包括初支材料参数和围岩材料参数； 所述根据所述结构参数、 所述相互作 用力， 确定所述圆形 结构的应力， 包括： 根据所述结构参数、 所述相互作用力， 确定所述圆形结构的初支径向正应力和初支环 向正应力； 根据所述结构参数、 所述远场应力参数和所述相互作用力， 确定所述圆形结构的围岩 径向正应力和围岩环向正应力。 5.根据权利要求4所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在 于， 所述初支 径向正应力表达式为： 所述初支 环向正应力表达式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115223667 A 2其中， ρ 为极径， σρ L为初支径向正应力分量， AL为第一初支系数， CL为第二初支系数， AL和 CL均由所述结构参数和所述相互作用力确定 。 6.根据权利要求4所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在 于， 所述围岩径向正应力表达式为： 所述围岩环向正应力表达式为： 其中， ρ 为极径， σρ R为围岩径向正应力分量， AR为第一围岩系数， CR为第二围岩系数， AR和 CR均由所述结构参数、 所述相互作用力和所述远场应力参数确定 。 7.根据权利要求1所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在 于， 所述根据所述结构参数、 所述材料参数以及所述远场应力参数， 确定初支和围岩的相互 作用力， 包括： 其中， qb为所述相互作用力， EL和 μL为所述初支 材料参数， ER和 μR为所述围岩材料参数， a 和b为所述结构参数， σρ∞为所述远场应力参数。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的只施加初期支护圆形结构的应力和位移确定方法， 其特征在于， 在确定所述圆形 结构的应力和位移之后， 所述方法还 包括： 计算所述圆形 结构的初支内边界的环向正应力和初支内边界的位移； 在所述初支内边界的环向正应力大于预设弯曲抗压设计强度， 或在所述初支内边界的 位移大于预设最大位移时， 发出初支危险预警。 9.一种终端设备， 包括存储器、 处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上 运行的计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求 1 至8中任一项所述只施加初期支护圆形 结构的应力和位移确定方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质存储有计算机程 序， 所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求 1至8中任一项 所述只施加初期支 护圆形结构的应力和位移确定方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115223667 A 3