当前位置: 首页 > 专利查询>山东大学专利>正文

基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法技术方案

技术编号:18348670 阅读:43 留言:0更新日期:2018-07-01 20:43
本发明专利技术公开了一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,TSP系统现场采集数据,并对数据的有效性进行判别;对数据进行处理并复核,获取前方围岩三维网络模型数据,获取前期的勘探资料;划分岩体结构统计均质区和统计均质区内的不连续面优势组数;根据各组不连续面所对应的数据模拟生成不连续面空间三维网络数值模型;结合勘探资料、TSP分析结果和不连续面空间三维网络数值模型对前方岩体的稳定性进行综合超前预测。本发明专利技术以TSP的探测结果为原始数据,融合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体稳定性进行准确预测预警,提高了预报的准确率,有力的指导地下工程的现场施工,保障工程一线的施工安全。

【技术实现步骤摘要】
基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法
本专利技术涉及一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法。
技术介绍
我国科技水平和综合国力的不断提高,公路、铁路和城市地铁等交通工程取得了举世瞩目的成就,与此同时,也带动起地下工程的建设进入跨越式的发展轨道。一批地质条件复杂、施工技术难度大的长大隧道相继建成。目前,中国已是世界上隧道和地下工程最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家,在建和待建的山岭隧道、地铁隧道、水底隧道、水电压力隧道等地下工程不计其数。在地下工程开挖工程中,由于岩体被结构面切割成大小不同、形状不一的各种岩块,随着地下工程的持续开挖,围岩原有的静力平衡状态被打破,某些暴露在临空面上的不稳定块体会沿着软弱结构面滑移并导致局部掉块,严重的甚至产生连锁反应,在地下工程一定范围内造成围岩的局部坍塌、失稳,严重影响工程进度,人员、设备的安全。因此,为了保证地下工程施工安全,提高工程建设的效率,地下工程中的超前地质探测更显重要。目前,TSP超前地质预报系统采用地震波反射原理,操作简单,能长距离地预报地下工程掌子面前方的地质情况。通过在掘进面后方一定距离内的钻孔中施以微型爆破来发射信号,爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播,其中一部分向地下工程前方传播,当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带、岩性变化、溶洞和地下水等)时,部分地震信号反射回来,反射信号经接收传感器转换成电信号并放大,对反射信号进行相应的计算就可确定不良地质体相关参数。岩体的稳定性是受岩体中不连续面的控制的。在进行岩体的稳定性分析前,首要的问题是搞清岩体的地质条件特别是不连续面在岩体中的展布特征。因为,不连续面反映了岩体不连续和不均匀的本质。然而岩体中不连续面的展布不具备有规可循的特征,它们在岩体中是随机分布的,而且其几何形态是测不准的,因此,采用统计推断和概率的方法进行研究。三维网络模拟正是建立在概率论和统计学的基础之上,它的研究对象是不连续面空间的几何特征。简化假定的不连续面几何形态,通过概率统计方法和空间解析几何等方法改正现场取样偏差,求解正确的迹长﹑大小﹑空间密度﹑产状分布等几何参数,通过蒙特-卡罗方法构筑不连续面在三维空间的组合形态,形成三维网络模型。传统地下工程超前地质预报对现场采集到的TSP数据,通过对应的后处理软件处理,获得P,SH和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果,对获得的成果进行解译,可以预测前方的软弱带、破碎带、断层、含水情况等。TSP系统虽然在地下工程超前预报中广泛应用,但并没有结合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体的稳定性进行预测。如何在地下工程中基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络对岩体稳定性超前预测,是目前亟待解决的一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题,提出了一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,本专利技术在TSP系统基础上,以TSP的探测的前面围岩的产状信息(如倾向,倾角等)为原始数据,融合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体稳定性进行的预测预警,准确、高效的判别前方围岩稳定性,降低由不稳定块体引发的隧道塌方失稳灾害的概率,有力的指导地下工程的现场施工,保障工程一线的施工安全。为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,包括以下步骤:(1)TSP系统现场采集数据,并对数据的有效性进行判别;(2)对数据进行处理并复核,获取前方围岩三维网络模型数据,获取前期的勘探资料;(3)划分岩体结构统计均质区和统计均质区内的不连续面优势组数;(4)根据各组不连续面所对应的数据模拟生成不连续面空间三维网络数值模型;(5)结合勘探资料、TSP分析结果和不连续面空间三维网络数值模型对前方岩体的稳定性进行综合超前预测。进一步的,所述步骤(1)中,对数据有效性进行判别,是指在现场测试过程中选取对数据干扰小于阈值的信号。进一步的,所述步骤(2)中,TSP系统数据信息包括深度偏移图、三维显示图、产状信息和岩体2D物性图。进一步的,所述步骤(2)中,结合前期的勘探资料和TSP系统处理后生成的深度偏移图对开挖面前方围岩情况进行分析并做出初步预测。所述步骤(3)中,对岩体结构统计均质区划分,不同的岩体结构具有不同的岩体力学特征和岩体水力学特性,采用概率关联表施密特图对比法,结合实际的地质特点进行岩体结构统计均质区的划分。所述步骤(4)中,不连续面空间三维网络数值模型,过程包括:不连续面迹长的偏差校正及迹长大小模拟,不连续面间距、密度的模拟,不连续面产状测量偏差的校正或/和蒙特卡罗模拟及模型检验。所述步骤(4)中,采用建立在概率统计基础上的端点估值器方法进行不连续面迹长的纠正、圆盘直径大小的模拟、分布密度函数的拟合以及间距测量的偏差校正。所述步骤(4)中,不连续面间距、密度的模拟过程为对不连续面的间距进行模拟,采用X2和K-S检验方法进行概率密度函数的最佳拟合,获得间距的概率分布密度函数及其对应的参数;采用Oda提出的张量法进行不连续面空间密度的求算。所述步骤(4)中,根据已经获得了各组不连续面在空间中的平均直径,结合权重分配公式,对每一个不连续面分配不同的权重,然后进行不连续面产状测量偏差校正。所述步骤(4)中,蒙特卡罗模拟及模型检验的过程包括:(4-1)确定生成网络模型的规模;(4-2)确定生成网络模型的规模形态中不连续面的个数;(4-3)确定每一条不连续面的空间位置,采用了蒙特卡罗模拟的方法,随机产生各不连续面的中心点坐标;(4-4)确定各不连续面直径的大小:用蒙特卡罗法来模拟生成不连续面直径并使其服从已知的最佳概率分布;(4-5)确定不连续面的产状;(4-6)将所有模拟的结果进行组合,从而形成一个完整的模型,并对其进行检验。与现有技术相比,本专利技术的有益效果为:本专利技术是基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的岩体稳定性超前预测方法。这种方法以TSP的探测结果为原始数据,融合岩体随机不连续面三维网络对地下工程前方岩体稳定性进行准确的预测预警,提高了预报的准确率,有力的指导地下工程的现场施工,保障工程一线的施工安全。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术方法实现流程图。具体实施方式:下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中,术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置本文档来自技高网
...
基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法

【技术保护点】
1.一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:包括以下步骤:(1)TSP系统现场采集数据,并对数据的有效性进行判别;(2)对数据进行处理并复核,获取前方围岩三维网络模型数据,获取前期的勘探资料;(3)划分岩体结构统计均质区和统计均质区内的不连续面优势组数;(4)根据各组不连续面所对应的数据模拟生成不连续面空间三维网络数值模型;(5)结合勘探资料、TSP分析结果和不连续面空间三维网络数值模型对前方岩体的稳定性进行综合超前预测。

【技术特征摘要】
1.一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:包括以下步骤:(1)TSP系统现场采集数据,并对数据的有效性进行判别;(2)对数据进行处理并复核,获取前方围岩三维网络模型数据,获取前期的勘探资料;(3)划分岩体结构统计均质区和统计均质区内的不连续面优势组数;(4)根据各组不连续面所对应的数据模拟生成不连续面空间三维网络数值模型;(5)结合勘探资料、TSP分析结果和不连续面空间三维网络数值模型对前方岩体的稳定性进行综合超前预测。2.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:所述步骤(1)中,对数据有效性进行判别,是指在现场测试过程中选取对数据干扰小于阈值的信号。3.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:所述步骤(2)中,TSP系统数据信息包括深度偏移图、三维显示图、产状信息和岩体2D物性图。4.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:所述步骤(2)中,结合前期的勘探资料和TSP系统处理后生成的深度偏移图对开挖面前方围岩情况进行分析并做出初步预测。5.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:所述步骤(3)中,对岩体结构统计均质区划分,不同的岩体结构具有不同的岩体力学特征和岩体水力学特性,采用概率关联表施密特图对比法,结合实际的地质特点进行岩体结构统计均质区的划分。6.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法,其特征是:所述步骤(4)中,不连续面空间三维网络数值模型,过程包...

【专利技术属性】
技术研发人员:邱道宏周炳桦薛翊国王琳崔久华谭现锋苏茂鑫王永刚李志强张开
申请(专利权)人:山东大学山东省地质矿产勘查开发局第三水文地质工程地质大队山东省鲁南地质工程勘察院
类型:发明
国别省市:山东,37

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1