一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法技术

本发明专利技术公开了一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法，包括：（1）基于地下空间所处的地质力学环境，建立含地下空间的数值分析模型，开展静力计算，获得地下空间围岩的地质力学环境；（2）依据地下空间围岩的工程地质力学行为特征，提出多级别动载极值的概念，建立各级别动载极值的判定条件，开发求解动载极值的算法；（3）将该算法嵌入到数值分析模型当中，开展动力计算，监测反映地下空间围岩变形破坏的相关指标值；（4）若指标值不满足动载极值的判定条件，改变动载的大小，重复步骤（3）直至满足各级别判定条件为止，记录参与计算的各动载大小，从而可获得此类地质力学环境下的动载分级结果。

A Classification Method for Dynamic Loading Strength of Surrounding Rocks Disturbing Underground Space

The invention discloses a method for classifying dynamic loading strength of disturbing underground space surrounding rock, which includes: (1) based on the geomechanical environment of underground space, establishing a numerical analysis model containing underground space, carrying out static calculation and obtaining the geomechanical environment of underground space surrounding rock; (2) putting forward multi-level dynamic according to the engineering geomechanical behavior characteristics of underground space surrounding rock. The concept of load extreme value is established, the criteria for determining the dynamic load extreme value at all levels are established, and the algorithm for solving the dynamic load extreme value is developed. (3) The algorithm is embedded in the numerical analysis model to carry out dynamic calculation and monitor the relevant index values reflecting the deformation and failure of surrounding rock in underground space. (4) If the index values do not meet the criteria for determining the dynamic load extreme value, change the dynamic load size and repeat the steps until (3) The dynamic load classification results under this kind of geomechanical environment can be obtained by recording the dynamic load sizes involved in the calculation until the judgment conditions at all levels are satisfied.

【技术实现步骤摘要】
一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法
本专利技术涉及下地下空间围岩的动载扰动类型判定领域，尤其是一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法。
技术介绍
地下空间是地表以下开挖形成的、可供人类生产活动的物理空间，可用于城市地下交通、地下公共建筑、地下储能室、化工废料的封存室、地质资源开发的作业空间等，属于未来长期发展的空间资源；地壳运动、断层滑移、开采活动等物理过程会释放震动载荷，震动载荷以波的形式向远场传播，作用于地下空间，使围岩承受瞬时高应变率载荷，当该载荷的作用强度足够大时，地下空间将发生冒顶、片帮、底鼓、岩爆，甚至垮塌等动力灾害，严重影响了地下空间的安全使用，如何预防此类动力灾害的发生成为该领域工程技术人员急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种经济成本低、劳动强度小、操作简单的地下空间围岩所受动载作用强度的分级方法。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法，第一步，基于地下空间所处的地质力学环境，建立含地下空间的数值分析模型，开展静力计算，获得地下空间围岩的地质力学环境；第二步，依据地下空间围岩的工程地质力学行为特征，提出多级别动载极值的概念，建立各级别动载极值的判定条件，开发求解动载极值的算法；第三步，将该算法嵌入到数值分析模型当中，开展动力计算，监测反映地下空间围岩变形破坏的相关指标值；第四步，若指标值不满足动载极值的判定条件，改变动载的大小，重复第三步直至满足各级别判定条件为止，记录参与计算的各动载大小，从而可获得此类地质力学环境下的动载分级结果。进一步，所述第一步具体为，地下空间所处地质力学环境包括地质力学参数、物理参数、围岩几何参数以及地下空间的形状、尺寸参数等。进一步，所述第二步具体为，将特定地质力学环境下动载的作用强度划分为轻微扰动型、中等扰动型和剧烈冲击型；用使地下空间围岩塑性区范围增加的最小动载作为轻微扰动型和中等扰动型的动载极值(说明：小于该动载的称为轻微扰动型，高于该动载的称为中等扰动型)，用使地下空间围岩达到工程允许变形时的最小动载作为中等扰动型和剧烈冲击型的动载极值(说明：小于该动载的称为中等扰动型，高于该动载的称为剧烈冲击型)。进一步，所述第三步具体为，相关指标值为地下空间围岩表面位移和塑性区深度。进一步，所述第四步具体为，动载分级结果是特定地质力学环境下地下空间围岩面临的轻微扰动型、中等扰动型和剧烈冲击型动载的划分方法。本专利技术与现有技术相比所具有的有益效果是：（1）可重复性强、耗费时间短、经济成本低、环保性能好、操作简单；（2）减少原位试验所需的设备费、人工费，缩短确定地下空间围岩面临动载作用等级的时间；（3）采用上述技术方案可确定特定条件下地下空间围岩的抗动载等级，并指导动载扰动下地下空间围岩的变形控制，在本
内具有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术的动载极值求解算法流程图；图2为本专利技术中巷道的地质力学数值分析模型。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术：因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法，具体步骤如下：第一步，基于地下空间所处的地质力学环境，建立含地下空间的数值分析模型，开展静力计算，获得地下空间围岩的地质力学环境；具体为，某巷道埋深为800m，位于7.2m厚的煤层当中，煤层平均倾角为2°，平均密度为1400kg/m3，体积模量为2.0GPa，剪切模量为1.0GPa，内摩擦角为30°，内聚力为0.8MPa，抗拉强度为0.5MPa，该巷道为矩形断面，尺寸为5m×4m，建立该巷道的地质力学数值分析模型，如图2，模型大小为60m×10m×60m，单元体网格大小为0.5m×0.5m×0.5m，固定模型前后边界、两侧边界、底边界的法向位移，在模型上边界加载均布载荷，载荷大小根据巷道埋深800m及岩层平均容重2500N/m3确定为20MPa，采用摩尔库伦强度准则模拟巷道围岩的变形行为，模拟计算巷道所处地质环境及静载应力环境。第二步，依据地下空间围岩的工程地质力学行为特征，提出多级别动载极值的概念，建立各级别动载极值的判定条件，开发求解动载极值的算法；具体为，将该地质力学环境下动载的作用强度划分为轻微扰动型、中等扰动型和剧烈冲击型，用使该地下空间围岩塑性区范围增加0.5m的最小动载作为轻微扰动型和中等扰动型的动载极值，用使该地下空间围岩达到工程允许变形1m时的最小动载作为中等扰动型和剧烈冲击型的动载极值，动载极值求解算法如图1所示。第三步，将该算法和动载极值判定条件嵌入到数值分析模型当中，开展动力计算，监测反映地下空间围岩变形破坏的相关指标值，包括地下空间围岩表面位移和塑性区深度。第四步，若指标值不满足动载极值的判定条件，改变动载的大小，重复第三步直至满足各级别判定条件为止，记录参与计算的各动载大小，从而可获得此类地质力学环境下的动载分级结果，最终确定该类条件下地下空间围岩的动载极值为1.06MPa和66.00MPa，对应的可确定该类条件下轻微扰动型、中等扰动型、剧烈冲击型的动载作用强度范围分别为动载应力小于1.06MPa、动载应力介于1.06MPa和66.00MPa之间时和动载应力大于66.00MPa。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围内，当可利用上述揭示的
技术实现思路
作出更动或修饰等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，均仍属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，基于地下空间所处的地质力学环境，建立含地下空间的数值分析模型，开展静力计算，获得地下空间围岩的地质力学环境；第二步，依据地下空间围岩的工程地质力学行为特征，提出多级别动载极值的概念，建立各级别动载极值的判定条件，开发求解动载极值的算法；第三步，将该算法嵌入到数值分析模型当中，开展动力计算，监测反映地下空间围岩变形破坏的相关指标值；第四步，若指标值不满足动载极值的判定条件，改变动载的大小，重复第三步直至满足各级别判定条件为止，记录参与计算的各动载大小，从而可获得此类地质力学环境下的动载分级结果。

【技术特征摘要】
1.一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，基于地下空间所处的地质力学环境，建立含地下空间的数值分析模型，开展静力计算，获得地下空间围岩的地质力学环境；第二步，依据地下空间围岩的工程地质力学行为特征，提出多级别动载极值的概念，建立各级别动载极值的判定条件，开发求解动载极值的算法；第三步，将该算法嵌入到数值分析模型当中，开展动力计算，监测反映地下空间围岩变形破坏的相关指标值；第四步，若指标值不满足动载极值的判定条件，改变动载的大小，重复第三步直至满足各级别判定条件为止，记录参与计算的各动载大小，从而可获得此类地质力学环境下的动载分级结果。2.根据权利要求1所述一种扰动地下空间围岩的动载作用强度分级方法，其特征在于，所述第二步中，将特定地质...

【专利技术属性】
技术研发人员：神文龙，陈淼，南华，李学龙，王猛，肖同强，王襄禹，柏建彪，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41