本发明涉及盾构切削模拟，尤其涉及一种盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法及系统。
背景技术：
1、随着城市规划建设的发展，地下工程领域对于相关技术的需求和要求也在上升，地下工程，如地铁、隧道和桥梁基础等，通常需要穿越钢筋混凝土桩基。传统的方法涉及到桩基的拆除或改变，这既耗时又昂贵。因此，有了盾构刀盘切削技术的需求，以在保持桩基完整性的同时完成地下工程，使得盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基的模拟方法应运而生，尤其在城市地下基础工程中。这项技术可以用于地铁隧道、桥梁基础、污水管道等地下工程的施工中，它可以降低施工成本、减少对周围环境的影响，提高工程的效率。
2、现有的盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法及系统通过以下技术实现，包括：结构力学和荷载分析：了解钢筋混凝土桩基的结构特性和承载力学是必要的。有限元分析：有限元分析是一种数值模拟方法，用于模拟复杂结构的力学行为。计算机编程和仿真软件：开发模拟方法及系统需要计算机编程和使用相关的仿真软件，以建立模型、进行数值分析，并可视化模拟结果。监测技术：在实际工程中，对盾构切削过程和桩基荷载的监测技术也是背景技术的一部分。
3、例如公告号为：cn106066920b的发明专利公告的一种上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法，包括：利用flac3d有限差分软件，对承受荷载的托换桩基模型进行模拟，分析其沉降以及变形规律，然后针对桩基托换后重叠隧道开挖的过程，模拟盾构法重叠隧道开挖，分析其对地表沉降以及桩基位移应力的影响，接着对开挖顺序、隧道间距以及托换桩基的深埋、桩径、间距各个物理参数做单因素分析对比，分析不同因素对托换桩基的影响，最后得出相应的模拟数值以及桩基沉降和变形趋势。
4、例如公开号为：cn114935465a的发明专利公开的一种模拟盾构施工对既有桩基扰动的系统，包括：模型箱，设置在模型箱内部的模型桩基和模型隧道，以及设置在模型箱外部的微型泵、数据采集装置、伺服加载装置、操作总控制装置、离心机、摄像机和计算机。
5、但本技术发明人在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
6、现有技术中，钢筋混凝土结构的材料性质和刀盘切削过程是非常复杂的，模拟考虑的土样因素总是不够充分，存在不能提高盾构切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟准确率的问题。
技术实现思路
1、本技术实施例通过提供一种盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法及系统，解决了现有技术中，存在不能提高盾构切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟准确率的问题，实现了提高盾构切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟准确率的效果。
2、本技术实施例提供了一种盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，包括以下步骤：获取盾构桩基数据，所述盾构桩基数据包括地质数据、钢筋混凝土桩基数据、盾构刀盘数据、实际运行反馈数据和历史问题类型数据集；构建盾构桩基综合模拟模型，所述盾构桩基综合模拟模型包括pfc时间步长模型、力学位移模型、标定土体细观参数模型、土体接触选择模型和颗粒的粘接力模型；获取盾构桩基综合评估模型计算得到的盾构切削桩基综合荷载数据，将盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据对比并分析调整。
3、进一步的，所述将盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据对比并分析调整的具体步骤为：评估对比判断：将构建盾构桩基综合模拟模型模拟计算得到的盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据对比，若对比的两者数值差异在预定义误差允许范围外，则判断盾构桩基综合模拟模型出现问题，将盾构桩基综合模拟模型模拟计算得到的所有数据记为盾构桩基综合模拟模型问题数据；定量分析：通过相关线性回归算法对比计算盾构桩基综合模拟模型问题数据与对应的实际运行反馈数据具体差值，得到差异问题数据；分析判断：根据定量分析的结果，通过机器学习算法识别差异问题数据对应的问题类型，得到问题类型数据集；对比训练：将问题类型数据集中的数据与历史问题类型数据集中的数据进行对比，若对比的其中两组数据相同，则判断为已知问题，否则，判断为未知问题；调整方法：对未知问题数据加入历史问题类型数据集，并对历史问题类型数据集进行数据训练，得到对应的调整方法，根据对应的调整方法，对盾构桩基综合模拟模型进行优化；反馈优化：将优化过的盾构桩基综合模拟模型按实际运行反馈数据反馈给历史问题类型数据集再次进行数据训练。
4、进一步的，所述构建盾构桩基综合模拟模型的具体步骤为：构建pfc时间步长模型用于确定pfc时间步长；构建力学位移模型用于确定颗粒受力运动规律；根据钢筋混凝土桩基数据，构建土体接触选择模型用于选择开挖土体对应的颗粒间接触模型，根据地质数据，构建标定土体细观参数模型用于标定土体细观参数；更新当前模型时间，根据当前实体的位置对模型中的接触力进行动态创建或删除，根据力学位移模型更新颗粒间接触模型中每个颗粒间接触模型的接触力；构建颗粒的粘接力模型，根据刀盘模拟切口接触力与颗粒的粘接力模型的接触力比较情况判断盾构桩基综合模拟情况，并据此生成盾构切削桩基综合荷载数据。
5、进一步的，所述确定pfc时间步长的具体计算公式为：式中，t表示pfc时间步长，m表示pfc离散元颗粒预定义质量，i表示pfc离散元颗粒预定义惯性张量，ktran和krot分别表示pfc离散元颗粒预定义的平动刚度和转动刚度，根据pfc时间步长将模拟全部时间分为若干pfc时间点，t0＝1,2,...,t，t0表示pfc时间点的编号，t表示pfc时间点的编号总数，e表示自然常数。
6、进一步的，所述构建力学位移模型的具体计算公式为：式中，a0＝1,2,...,a，a0表示pfc中颗粒的编号，a表示pfc中颗粒的编号总数，表示pfc中第a0个颗粒的力学位移公式,表示作用在颗粒上的合外力，表示pfc中第a0个颗粒的位置矢量，表示pfc中第a0个颗粒的重力加速度，表示pfc中第a0个颗粒的质量，表示作用在pfc中第a0个颗粒上的合力矩，表示pfc中第a0个颗粒的角动量，表示pfc中第a0个颗粒的惯性张量，表示pfc中第a0个颗粒的角速度。
7、进一步的，所述标定土体细观参数模型的具体计算公式为：式中，σ表示标定土体细观参数指数，表示土体生成颗粒数量数据，θ表示土体生成颗粒数量数据对应的莫尔强度包络线压力数据，c径表示土体的颗粒预定义半径数据，c孔表示土体的颗粒预定义孔隙度数据，c密表示土体的颗粒预定义密度数据，p尺表示土体的预定义试样尺寸数据，μ表示土体的预定义试样尺寸数据对应模拟算力的负向影响匹配系数,和分别表示土体的颗粒预定义半径数据、土体的颗粒预定义孔隙度数据、土体的颗粒预定义密度数据对应标定土体细观参数指数的影响匹配因子，e表示自然常数；根据标定土体细观参数指数与预定义标定土体细观参数指数比较判断，在预定义误差范围外的，再次调整标定土体细观参数指数内所包括的土体的颗粒预定义孔隙度数据、土体的颗粒预定义密度数据、土体的颗粒预定义密度数据和土体的预定义试样尺寸数据。
8、进一步的，所述选择开挖土体对应的颗粒间接触模型的具体获取步骤为：获取盾构刀盘切削钢筋混凝土桩时所开挖土体的宏观力学参数数据，并据此得到土体细观参数标定的数据；对土体的宏观力学参数数据进行评估，得到土体接触选择模型，土体接触选择模型的具体计算公式为：式中，ζ表示土体接触模型选择系数，a1表示土体的抗拉强度数据，a拉表示预定土体的抗拉强度标准数据，a2表示土体的剪切强度数据，a切表示预定义土体的剪切强度标准数据，a3表示土体的粘聚强度数据，a粘表示预定义土体的粘聚强度标准数据，ψ1、ψ2和ψ3分别表示土体的抗拉强度、土体的剪切强度和土体的粘聚强度对应土体接触模型选择系数的权重因子，e表示自然常数；根据土体接触模型选择系数选择对应的土体接触模型。
9、9.进一步的，所述构建颗粒的粘接力模型的具体计算公式为：式中，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力的最大法向应力，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力的最大切向应力，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力的法向力的模值，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力的切向力的模值，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力的弯矩，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘接力的扭矩，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘结接触平面的面积的值，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘结接触平面的惯性矩，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘结接触平面的极惯性矩，表示在第t0个pfc时间点的第a0个颗粒的粘结接触平面的接触半径，β表示预定义各力矩的贡献权重因子。
10、进一步的，所述并据此生成盾构切削桩基综合荷载数据的具体步骤为：根据盾构刀盘数据设置模拟刀盘参数，将刀盘模拟切削颗粒的力和力矩带入到力学位移模型中，得到在不同pfc时间点下的颗粒的各模拟数据，通过pfc内置的关于墙体的函数获取对应的颗粒的各模拟数据，得到不同pfc时间点下的刀盘荷载数据，也得到盾构切削桩基综合荷载数据。
11、本技术实施例提供了一种盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟系统，所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟系统包括盾构桩基采集模块、盾构桩基综合模拟模块和盾构桩基分析模块：所述盾构桩基采集模块，用于获取盾构桩基数据，所述盾构桩基数据包括地质数据、钢筋混凝土桩基数据、盾构刀盘数据、实际运行反馈数据和历史问题类型数据集；所述盾构桩基综合模拟模块，用于构建盾构桩基综合模拟模型，所述盾构桩基综合模拟模型包括pfc时间步长模型、力学位移模型、标定土体细观参数模型、土体接触选择模型和颗粒的粘接力模型；所述盾构桩基分析模块，用于获取盾构桩基综合评估模型计算得到的盾构切削桩基综合荷载数据，将盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据对比并分析调整。
12、本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被处理器执行时实现盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法。
13、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
14、1、本发明通过盾构桩基综合模拟模型包括pfc时间步长模型、力学位移模型、标定土体细观参数模型、土体接触选择模型和颗粒的粘接力模型，并由盾构桩基综合模拟模型得到盾构切削桩基综合荷载数据，将盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据对比并分析调整，达到了提高土桩基荷载的模拟准确率的效果，解决了现有技术中存在不能提高盾构切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟准确率的问题。
15、2、通过构建盾构桩基综合模拟模型包括pfc时间步长模型、力学位移模型、标定土体细观参数模型、土体接触选择模型和颗粒的粘接力模型，分别将构建盾构桩基综合模拟模型通过pfc离散有限元模拟方法进行模拟，从而得到盾构切削桩基综合荷载数据，进而实现了提高盾构切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟的客观性。
16、3、通过将盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据经过评估对比判断、定量分析、分析判断、对比训练、调整方法和反馈优化各步骤对模拟方法做分析调整，从而使得模拟方法可以根据具体实际工况做出调整，进而实现了提高盾构切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟的鲁棒性。
1.一种盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述将盾构切削桩基综合荷载数据与实际运行反馈数据对比并分析调整的具体步骤为：
3.如权利要求1所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述构建盾构桩基综合模拟模型的具体步骤为：
4.如权利要求3所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述确定pfc时间步长的具体计算公式为：
5.如权利要求3所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述构建力学位移模型的具体计算公式为：
6.如权利要求3所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述标定土体细观参数模型的具体计算公式为：
7.如权利要求3所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述选择开挖土体对应的颗粒间接触模型的具体获取步骤为：
8.如权利要求3所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述构建颗粒的粘接力模型的具体计算公式为：
9.如权利要求3所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟方法，其特征在于，所述并据此生成盾构切削桩基综合荷载数据的具体步骤为：
10.一种盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟系统，其特征在于，所述盾构刀盘切削钢筋混凝土桩基荷载的模拟系统包括盾构桩基采集模块、盾构桩基综合模拟模块和盾构桩基分析模块：
