(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 202210601682.6 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号 (72)发明人 金大龙　袁大军　李兴高　姚占虎　 成晓青　曾德成　勾常春　杨引尊　 (74)专利代理 机构 北京市商 泰律师事务所 11255 专利代理师 黄晓军 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 11/20(2006.01) G06F 17/13(2006.01) (54)发明名称 一种泥水盾构引起地层动态水力特征曲线 的分析方法 (57)摘要 本发明提供了一种泥水盾构引起地层动态 水力特征曲线的分析方法。 该方法包括： 获取当 前盾构掘进的泥浆参数和地层参数； 根据泥浆参 数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度 对应的浆液粘度， 计算不同浆液粘度及地层初始 孔隙率对应的地层渗透系数； 根据泥浆颗粒质量 守恒建立同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积 的数学模型； 将地层渗透系数和泥浆粘度作为考 虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输 入变量， 通过求解同时考虑浆液渗透和膨润土颗 粒沉积的数学模 型， 得到泥水盾构引起的地层水 力特征曲线。 本发明方法可以依靠盾构当前掘进 段的地质参数和泥浆参数， 简单快速评估地层水 压变化， 为盾构施工安全提供决策基础。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115186433 A 2022.10.14 CN 115186433 A 1.一种泥水盾构引起 地层动态水力特 征曲线的分析 方法， 其特 征在于， 包括： 获取当前盾构掘进的泥浆 参数和地层参数； 根据泥浆参数和地层参数计算不同泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度， 计算不同 浆液粘度及地层 初始孔隙率对应的地层渗透系数； 根据泥浆颗粒质量守恒建立同时考虑浆液渗透和膨润土 颗粒沉积的数 学模型； 将地层渗透系数和泥浆粘度作为所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模 型的输入变量， 通过求解所述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型， 得到泥水 盾构引起的地层水力特 征曲线。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的获取当前盾构掘进的泥浆参数和地 层参数， 包括： 分别获取当前盾构掘进的泥浆参数和地层参数， 泥浆参数包括： 泥浆浓度、 粘度和粒 径， 地层参数包括： 渗透系数、 孔隙率和有效粒径。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述的根据泥浆参数和地层参数计算不同 泥浆浓度及膨润土密度对应的浆液粘度， 计算不同浆液粘度及地层初始 孔隙率对应的地层 渗透系数， 包括： 通过采集到的泥浆参数和地层参数， 采用泥浆粘度定量评价公式(1 ‑1)计算不同泥浆 浓度及膨润土密度对应的浆液粘度， 采用地层等效渗透系数公式(1 ‑2)计算不同浆液粘度 及地层初始孔隙率对应的地层渗透系数。 其中， μf为悬浮液粘度， μw为水的初始粘度， α为粘度参数， CL为泥浆中膨润土颗粒的质 量浓度， ρs为膨润土颗粒的干密度， k0为天然土体的渗透系数， k为泥浆入渗后土体的等效渗 透系数， 为天然土体的孔隙率， 为泥浆入渗后土体的等效孔隙率。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述的根据泥浆颗粒质量守恒 建立同时考 虑浆液渗透和膨润土 颗粒沉积的数 学模型， 包括： 基于泥浆重度、 储水系数、 沉积系数、 地层厚度和静水头参数， 根据泥浆颗粒质量守恒 方程(1‑3)和(1‑4)建立同时考虑浆液渗透和膨润土 颗粒沉积的数 学模型； 其中， λ为地层沉积系数， v为泥浆渗流速度， d为弱透水层厚度， x为渗流方向距离， t为 渗流时间， p为超孔隙水压力， k1为弱透水层的渗透系数， 为泥浆颗粒沉积后的地层孔隙 率， d为弱透水层的厚度， H为承压层厚度， h为静水头高度， SS为地层储水系数， CW为单位体积 泥浆中含水体积分数； 式(1‑3)和(1‑4)的边界条件为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186433 A 2其中， p0为开挖面 处的超孔隙水压力， 在掘进段， p0为泥水压力与地层静水压力的差值， 停机时， p0＝0， CL0为泥浆初始浓度,其数值 不随时间变化。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述的将地层渗透系数和泥浆粘度作为所 述同时考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的数学模型的输入变量， 通过求解所述同时考虑浆 液渗透和膨润土 颗粒沉积的数 学模型， 得到泥水盾构引起的地层水力特 征曲线， 包括： 选择开挖面处超孔隙水压力、 入渗时间、 地层渗透系数、 地层孔隙率、 地层储水系数、 承 压层厚度、 地层有效粒径、 渗滤系数、 泥浆浓度和泥浆粘度作为所述考虑浆液渗透和膨润土 颗粒沉积的数学模型的输入变量， 超孔隙水压力为所述考虑浆液渗透和膨润土颗粒沉积的 数学模型的输出变量， 求解输出不同参数组合下的泥 水盾构引起的超孔隙水压力随入渗时 间或距离的变化曲线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186433 A 3