冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法、系统

本发明涉及围岩防排水结构维护，特别是涉及一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法、系统及设备。背景技术：1、在电缆隧道施工时，电缆电缆隧道裂隙面由于外部应力导致结构改变，此处会通过岩石孔隙进行渗流，在电缆电缆隧道处于运营阶段时，现有围岩的防排水设计假设均基于岩石本身不导水，会导致对于围岩防排水设计及后期的运营期安全产生影响。自19世纪以来就有学者对岩体冻结问题进行研究。目前研究表明，岩体劣化损伤的主要原因是由于水冰相变体积会产生约为9％的膨胀，从而对岩石孔隙或裂缝造成的冻胀力。未发生冻结的区域的水分向着冻结锋线迁移，在冻结区域边缘发生水冰相变，在已经冻结的冰晶体上温度偏高的一端不断凝结成冰，这个过程使得冻结冰体体积逐渐变大，这一过程即为水分迁移过程。对于岩石的冻结而言，岩石孔隙中由于存在水分迁移，水冰相变时的体积膨胀造成的孔隙扩展是影响强度的决定性因素。因此孔隙中的水分迁移是岩石冻融问题的研究重点，对冻融过程中的冻胀力特点及水分迁移规律的研究是冻岩力学研究中的核心科学问题。目前，针对冻胀过程中水分迁移现象的解释，主要以薄膜迁移理论、毛细理论和分凝冰理论为主。2、试验资料表明，在某些外部因素影响下存在实际渗流量不随开度变化这一不符合广义立方定理的情况，这一情况可能原因是由于在外部应力作用下裂隙面产生了较大的闭合变形，裂隙面内层被压紧了，接触面积已经趋于极限，此时，渗流只能通过较大突起周围的孔隙进行。而对应这种情况，例如在人为的施工开挖建造过程中，会使裂隙岩体内发生应力的重分布，导致岩体内部渗流无法利用现有的广义立方定理的情况，也无法对岩石内部孔隙水的流量进行精准预测，会对施工及运营阶段带来不确定性。技术实现思路1、本发明的目的是提供一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法、系统及设备，通过考虑低温水冰相变与热-水-力多场耦合提高岩石内部渗流流量精度，进而提高电缆隧道防排水结构维护的合理性。2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：3、一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法，包括：4、对电缆隧道进行分段处理，得到多个电缆隧道段；5、确定任一电缆隧道段为当前电缆隧道段；6、获取当前电缆隧道段的围岩参数和环境参数；7、根据所述围岩参数和所述环境参数，利用电缆隧道段渗流流量公式，确定当前电缆隧道段的渗流流量；所述电缆隧道段渗流流量公式是基于冻融环境下电缆隧道的低温水冰相变原理和热-水-力多场耦合关系，利用poiseuille定律和darcy方程进行推导得到的；8、根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护。9、可选的，所述电缆隧道段渗流流量公式为：10、11、其中，q为电缆隧道段渗流流量；β为自由状态下水冰相变体积膨胀系数；ut为温度t下冻结率；为温度t下冰的弹性模量；为温度t下岩石的剪切模量；a为岩石截面积；ξ为自由孔隙折减系数；χ为岩石的孔隙度；η为粘滞系数；l为流通孔隙的长度，为冰的泊松比。12、可选的，所述围岩参数包括：不同温度下岩石的剪切模量、不同温度下岩石的剪切模量、岩石截面积、自由孔隙折减系数、粘滞系数和流通孔隙的长度；13、所述环境参数包括：温度、自由状态下水冰相变体积膨胀系数、不同温度下冻结率和不同温度下冰的弹性模量。14、可选的，根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护，包括：15、在当前电缆隧道段的渗流流量达到排水阈值时，对当前电缆隧道段的防排水结构进行补强处理。16、可选的，在根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护之后，还包括：17、更新当前电缆隧道段，并返回步骤“获取当前电缆隧道段的围岩参数和环境参数”直至遍历所有电缆隧道段，完成电缆隧道全段防排水结构维护。18、一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护系统，包括：19、分段模块，用于对电缆隧道进行分段处理，得到多个电缆隧道段；20、当前电缆隧道段确定模块，用于确定任一电缆隧道段为当前电缆隧道段；21、参数获取模块，用于获取当前电缆隧道段的围岩参数和环境参数；22、渗流流量确定模块，用于根据所述围岩参数和所述环境参数，利用电缆隧道段渗流流量公式，确定当前电缆隧道段的渗流流量；所述电缆隧道段渗流流量公式是基于冻融环境下电缆隧道的低温水冰相变原理和热-水-力多场耦合关系，利用poiseuille定律和darcy方程进行推导得到的；23、防排水结构维护模块，用于根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护。24、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法。25、可选的，所述存储器为可读存储介质。26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：27、本发明提供的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法、系统及设备，通过结合现有理论基础，在考虑低温水冰相变与t-h-m(热-水-力)多场耦合关系，通过应用现有的poiseuille定律与darcy方程相结合推导出岩石孔隙水流量的计算方法，此方法通过计算出岩石中孔隙水流量可应用于寒区隧道运营期间围岩防排水结构的加固与补强。又在前人研究的基础上，提出新的假设条件，考虑冰与岩石孔隙间的膨胀耦合关系，基于弹性力学，热力学等理论推导出冻胀力的计算方法，将以上两个部分相结合提出了由冻胀力驱动所导致的岩石内部的水分迁移流量，即在冻融循环过程中岩石孔隙水流量的计算方法。此方法优点在于考虑到温度、岩石本身的材料性质和水冰相变过程等因素对于水流的综合影响，在获取到其所处环境温度及岩石相关物理参数即可求解岩石中孔隙水流量，对寒区岩石冻融损伤的计算以及其内部损伤情况的测定提供了方便快捷的方法，其可用于寒区多种工况情况下，考虑多种情况因素的影响使其计算结果更加精确。技术特征：1.一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法，其特征在于，包括：2.根据权利要求1所述的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法，其特征在于，所述电缆隧道段渗流流量公式为：3.根据权利要求1所述的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法，其特征在于，所述围岩参数包括：不同温度下岩石的剪切模量、不同温度下岩石的剪切模量、岩石截面积、自由孔隙折减系数、粘滞系数和流通孔隙的长度；4.根据权利要求1所述的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法，其特征在于，根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护，包括：5.根据权利要求1所述的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法，其特征在于，在根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护之后，还包括：6.一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护系统，其特征在于，包括：7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至5中任一项所述的一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法。8.根据权利要求7所述的一种电子设备，其特征在于，所述存储器为可读存储介质。技术总结本发明公开了一种冻融环境下电缆隧道防排水结构维护方法、系统及设备，涉及围岩防排水结构维护技术领域。方法包括：根据当前电缆隧道段的围岩参数和环境参数，利用电缆隧道段渗流流量公式，确定当前电缆隧道段的渗流流量；电缆隧道段渗流流量公式是基于冻融环境下电缆隧道的低温水冰相变原理和热‑水‑力多场耦合关系，利用Poiseuille定律和Darcy方程进行推导得到的；根据当前电缆隧道段的渗流流量和排水阈值，对当前电缆隧道段的防排水结构进行维护。本发明通过考虑低温水冰相变与热‑水‑力多场耦合提高岩石内部渗流流量精度，进而提高电缆隧道防排水结构维护的合理性。技术研发人员：赵雁海,王研宇,关潇卓,阚中锋,吴金森受保护的技术使用者：东北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16