一种高水压裂隙岩体渗流试验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种高水压裂隙岩体渗流试验平台，包括数据采集模块、存储模块、耦合分析模块、误差分析模块、数据分析模块、试验输出模块，数据采集模块采集模型数据，并将采集到的模型数据发送至存储模块进行存储，数据分析模块对施工数据进行分类、应力分析、温度分析和渗流分析，并得到数据分析结果，再耦合分析模块根据数据分析结果、耦合分析结果、分析误差对试件的试件参数进行选择，通过对试件的试验得到试验数据，耦合分析模块再对试验数据进行分析，并由试验输出模块输出高水压裂隙岩体渗流的分析结果，通过耦合分析来得到实际隧道内的高水压围岩渗流规律，降低了突水突泥灾害的发生率，提高了隧道施工的安全性。提高了隧道施工的安全性。提高了隧道施工的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种高水压裂隙岩体渗流试验平台


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，特别是涉及一种高水压裂隙岩体渗流试验平台。

技术介绍

[0002]在隧道施工过程中，围岩的稳定性、地下涌突水和衬砌水压是关系到隧道能否修建成功的主要因素，高水压裂隙岩体渗流场带来的突水突泥灾害成为影响安全、制约工程进度和费用的关键因素，不同于传统的土壤渗流，裂隙岩体介质中的岩体渗流有着自身的特殊的规律性，对岩体渗流规律的研究对隧道突水灾害和隧道施工安全有着重要的意义，裂隙岩体渗透系数对应力的影响比较敏感；现有技术中已经有很多学者采用理论研究、数值模拟、室内试验和模型试验等手段对高水压裂隙岩体渗流场进行了研究，例如，建立了考虑渗透水压力作用下等效连续裂隙岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型，利用优化遗传算法反演裂隙岩体的渗透系数，为裂隙岩体的渗流数值模拟提供合理的输入参数，最后通过建立的数学模型进行数值模拟，并把数学模型模拟的渗透规律应用于实际的隧道工程中；
[0003]但是在隧道开挖过程中，天然岩体具有自身结构的复杂性，流体的运动也是难以预测的，隧道施工扰动会改变原有的地应力场、渗流场、围岩中会产生大量的为裂缝，同时原有的微裂缝隙会进一步发展，导致岩体性能的劣化，虽然现有的试验系统和数学模型对裂隙介质有一定的研究，但是单一的试验模型和数值分析结果不足以涵盖所有的不确定因素带来的影响，还没有完全搞清楚裂隙岩体渗透机理，仍需要对高水压裂隙岩体渗流场做出更细致的理论研究来掌握裂隙介质的渗流机制，加深对隧道内的高水压裂隙岩体渗流带来的突水突泥损伤渗流的演化规律，以减少隧道施工中突水突泥灾害，为此，我们提出了一种高水压裂隙岩体渗流试验平台。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的在于提供一种高水压裂隙岩体渗流试验平台，数据分析模块利用已施工的隧道的施工数据进行分析，首先混沌离散神经网络模型对施工数据中的裂隙进行划分等级，再对施工数据中的应力、温度、渗流进行分别分析并得到对应的数据分析结果，耦合分析模块利用耦合分析模型对每个裂隙等级的施工数据进行整体的耦合分析，再通过对比选取试件参数，通过数据分析模块和耦合分析模块的分析使得试验过程中试件参数更贴近于实际的隧道施工环境，提高了试验的准确性。
[0005]其解决的技术方案是，一种高水压裂隙岩体渗流试验平台，包括数据采集模块、存储模块、耦合分析模块、误差分析模块、数据分析模块、试验输出模块，数据采集模块采集模型数据，并将采集到的模型数据发送至存储模块进行存储，模型数据包括隧道实际施工中产生的施工数据和试验中的试验数据，数据分析模块包括应力分析模块、渗透分析模块、温度分析模块，数据分析模块根据输入的模型数据建立数据分析模型得到数据分析结果，并
将数据分析结果发送至耦合分析模块和误差分析模块，耦合分析模型对应力场、温度场和渗透场进行耦合分析，并由试验输出模块输出高水压裂隙岩体渗流的分析结果；
[0006]试验过程的分析具体如下：
[0007]1)、数据采集模块采集的模型数据包括实际施工中的隧道的施工数据、试验分析过程中的应力场数据、温度场数据、渗流场数据，并将采集的模型数据发送至于存储模块，存储模块将不同的模型数据进行分类存储；
[0008]2)、在试验过程中，所述数据分析模块对模型数据进行分析得到数据分析结果，所述应力分析模块根据模型数据建立应力分析模型，所述渗流分析模块根据模型数据建立渗流场分析模型，所述温度场模块根据模型数据建立温度场分析模型，数据分析结果中包括应力分析结果、温度分析结果、渗流分析结果，数据分析模块将数据分析结果发送至耦合分析模块和误差分析模块，具体过程如下：
[0009]步骤1、所述应力分析模块利用隧道施工中产生的施工数据进行应力分析并利用施工数据建立应力场分析模型，施工数据中包括岩体的勘测数据、裂隙参数和渗流量，根据裂隙参数、渗流量、突水勘测数据对隧道施工中不同高水压下的岩体的应力和位移进行分析；
[0010]利用施工数据中的预测数据和裂隙参数和渗流量进行对比对裂隙参数进行等级划分，利用混沌离散神经网络模型对裂隙进行分类，以施工数据中裂隙产生的时间分布为分析过程，具体分析方程如下：
[0011][0012][0013]|w
ii
(t+1)|＝(1
‑
β)|w
ii
(t)| (i＝1，2，3...N)，
[0014]其中，f(y
i
(t))表示Sigmoid函数，随时间t变化，x
i
(t)表示的是代表第i个裂隙的神经元，w
ij
为权值作用于x
i
(t)，a
i
为常数，N表示裂隙和神经元的个数，k为衰减因子，β为w
ii
(t)的变化参数，通过阈值函数对裂隙进行分类，再以每一个等级的裂隙为整体对等级内的裂隙进行应力分析；
[0015]步骤2、应力分析模块再根据不存在耦合的单一高水压裂隙岩体分析模型对每一个等级的裂隙进行分析，建立三维坐标模型，将高水压裂隙岩体的应变关系分为正应变和切向应，介质中裂隙的位移
‑
应变关系可以表示为：
[0016][0017]其中，u
x
、u
y
、u
z
分别表示位移的x、y、z方向上的分量，e
xx
、e
yy
、e
zz
分别表示正应变，e
yz
、e
xz
、e
xy
分别表示切应变，由广义的胡可定理可知：
[0018][0019]其中，σ
xx
、σ
yy
、σ
zz
分别表示正应力，σ
xz
、σ
xz
、σ
zy
分别表示切应力，C
ij
(i，j＝1，2，...6)表示的是胡可定理系数，位移向量为u＝(u
x
，u
y
，u
z
)
T
，通过介质
‑
应力方程可以对施工数据中每一个等级的高水压裂隙岩体进行应力分析得到应力分析结果，并将结果发送至耦合分析模块；
[0020]步骤3、渗流分析模块根据已产生的实际隧道施工中施工数据对每一个等级的高水压裂隙岩体进行分析得到渗流场分析结果，并将渗流场分析结果发送至耦合分析模块，温度分析模块根据施工数据对每一个等级的裂隙进行能量分析得到温度场分析结果，并将温度分析结果发送至耦合分析模块；
[0021]3)、耦合分析模块根据模型数据、数据分析结果和误差分析模块得到的分析误差建立多维耦合分析模型，对施工数据进行多维耦合分析的得到耦合分析结果，并与数据分析结果进行对比分析得到耦合误差，耦合分析模块结合耦合误差和分析误差选定试验中试件的试件参数；
[0022]4)、根据耦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高水压裂隙岩体渗流试验平台，其特征在于，包括数据采集模块、存储模块、耦合分析模块、误差分析模块、数据分析模块、试验输出模块，数据采集模块采集模型数据，并将采集到的模型数据发送至存储模块进行存储，模型数据包括隧道实际施工中产生的施工数据和试验中的试验数据，数据分析模块包括应力分析模块、渗透分析模块、温度分析模块，数据分析模块根据输入的模型数据建立数据分析模型得到数据分析结果，并将数据分析结果发送至耦合分析模块和误差分析模块，耦合分析模型对应力场、温度场和渗透场进行耦合分析，并由试验输出模块输出高水压裂隙岩体渗流的分析结果；试验过程的分析具体如下：1)、数据采集模块采集的模型数据包括实际施工中的隧道的施工数据、试验分析过程中的应力场数据、温度场数据、渗流场数据，并将采集的模型数据发送至于存储模块，存储模块将不同的模型数据进行分类存储；2)、在试验过程中，所述数据分析模块对模型数据进行分析得到数据分析结果，所述应力分析模块根据模型数据建立应力分析模型，所述渗流分析模块根据模型数据建立渗流场分析模型，所述温度场模块根据模型数据建立温度场分析模型，数据分析结果中包括应力分析结果、温度分析结果、渗流分析结果，数据分析模块将数据分析结果发送至耦合分析模块和误差分析模块，具体过程如下：步骤1、所述应力分析模块利用隧道施工中产生的施工数据进行应力分析并利用施工数据建立应力场分析模型，施工数据中包括岩体的勘测数据、裂隙参数和渗流量，根据裂隙参数、渗流量、突水勘测数据对隧道施工中不同高水压下的岩体的应力和位移进行分析；利用施工数据中的预测数据和裂隙参数和渗流量进行对比对裂隙参数进行等级划分，利用混沌离散神经网络模型对裂隙进行分类，以施工数据中裂隙产生的时间分布为分析过程，具体分析方程如下：程，具体分析方程如下：|w
ii
(t+1)|＝(1
‑
β)|w
ii
(t)|(i＝1，2，3...N)，其中，f(y
i
(t))表示Sigmoid函数，随时间t变化，x
i
(t)表示的是代表第i个裂隙的神经元，w
ij
为权值作用于x
i
(t)，a
i
为常数，N表示裂隙和神经元的个数，k为衰减因子，β为w
ii
(t)的变化参数，通过阈值函数对裂隙进行分类，再以每一个等级的裂隙为整体对等级内的裂隙进行应力分析；步骤2、应力分析模块再根据不存在耦合的单一高水压裂隙岩体分析模型对每一个等级的裂隙进行分析，建立三维坐标模型，将高水压裂隙岩体的应变关系分为正应变和切向应，介质中裂隙的位移
‑
应变关系可以表示为：
其中，u
x
、u
y
、u
z
分别表示位移的x、y、z方向上的分量，e
xx
、e
yy
、e
zz
分别表示正应变，e
yz
、e
xz
、e
xy
分别表示切应变，由广义的胡可定理可知：其中，σ
xx
、σ
yy
、σ
zz
分别表示正应力，σ
xz
、σ
xz
、σ
zy
分别表示切应力，C
ij
(i，j＝1，2，3...6)表示的是胡可定理系数，位移向量为u＝(u
x
，u
y
，u
z
)
T
，通过介质
‑
应力方程可以对施工数据中每一个等级的高水压裂隙岩体进行应力分析得到应力分析结果，并将结果发送至耦合分析模块；步骤3、渗流分析模块根据已产生的实际隧道施工中施工数据对每一个等级的高水压裂隙岩体进行分析得到渗流场分析结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红强，李炜，黄启艳，马壮，王小雨，白云鹏，孙梁，袁金秀，王道远，曹玉斌，史彦照，赵娜，霍君英，李智慧，曹书芹，
申请(专利权)人：河北交通职业技术学院中铁十八局集团第五工程有限公司河北和腾城乡规划设计有限责任公司，
类型：发明
国别省市：