一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统，发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。本发明专利技术融合地震波探测数据，可实现隧道掌子面前方围岩块体垮塌灾害预测分析。岩块体垮塌灾害预测分析。岩块体垮塌灾害预测分析。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统


[0001]本专利技术属于隧道围岩稳定性分析
，涉及一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]隧道施工过程中经常遭遇断层、节理等非连续地质体，极易诱发隧道围岩块体垮塌灾害。隧道围岩块体垮塌灾害具有强结构性特征，块体稳定性受结构面作用显著，现有研究多通过数值仿真模拟对岩体稳定性进行分析，而准确的岩体结构面信息对于围岩块体垮塌模拟则显得尤为重要。因此，亟待开展融合地震波探测数据的隧道围岩稳定性非连续变形分析方法研究，为隧道围岩块体垮塌灾害防控提供依据。
[0004]现阶段，针对围岩块体稳定性分析的数值计算方法以块体离散元方法(B
‑
DEM)为主，该方法采用显示积分求解，相比采用隐式积分求解的三维非连续变形分析方法在仿真模拟准确度方面存在较明显的劣势，难以真实反映块体与块体之间的接触情况及变形位移。此外，现有的围岩块体垮塌数值模拟中，岩体结构面数据多采用数字摄像等手段获取岩体表面的结构面信息，难以有效获取隧道掌子面前方围岩岩体结构面数据，导致数值模拟结果与实际存在偏差。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统，本专利技术融合地震波探测数据，可实现隧道掌子面前方围岩块体垮塌灾害预测分析。
[0006]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，包括以下步骤：
[0008]发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；
[0009]根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；
[0010]模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；
[0011]基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。
[0012]作为可选择的实施方式，所述几何参数包括岩体结构面倾向和倾角。
[0013]作为可选择的实施方式，构建三维非连续数值计算模型时，根据需求，确定模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数和地应力。
[0014]作为可选择的实施方式，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括，记录每个块体初始位置信息，对各块体施加地应力，利用三维非连续变形分析
方法，分析每个块体的位移。
[0015]作为可选择的实施方式，记录每个竖向位移大于设定值的块体的编号。
[0016]一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，包括：
[0017]地震波预报系统，用于发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；
[0018]模型构建模块，被配置为根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；
[0019]运动模拟模块，被配置为模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；
[0020]预测分析模块，被配置为基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术基于隧道地震波预报系统，通过地震波信号反射原理，获取岩体结构面倾向、倾角等几何参数及岩石的物理力学参数；
[0023]本专利技术基于三维非连续变形分析方法，实现了隧道开挖完成后围岩块体运动过程及相互作用的准确模拟，为隧道掌子面前方围岩块体垮塌灾害预测分析奠定了基础；
[0024]本专利技术通过实时监测隧道开挖完成后的围岩块体竖向位移，解决了隧道危险块体的判识难题；
[0025]本专利技术融合地震波探测数据，开展隧道围岩稳定性非连续变形分析，预测隧道围岩块体垮塌灾害发生的高风险区域，有效指导隧道安全施工，解决了破碎带等非连续地质环境下的隧道围岩块体垮塌灾害仿真模拟及预测分析难题。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1是本专利技术的方法流程图；
[0028]图2是本方法中的隧道地震波预报获取岩体结构面模型图；
[0029]图3是本方法中隧道围岩块体垮塌灾害数值计算效果图。
具体实施方式：
[0030]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0031]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0032]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专利技术的示例性实施方式。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。
[0033]如图1所示，一种融合地震波探测数据的隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，包括以下步骤：
[0034]采用地震波预报系统(本实施例采用TSP203 Plus)探测隧道掌子面前方岩体结构面，如图2所示，获取结构面的倾向、倾角等几何参数；
[0035]根据模拟的实际需求设定计算模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数、地应力等信息，并依据地震波预报系统探测获取的结构面几何参数，在计算模型中添加岩体结构面模型；
[0036]基于三维非连续变形分析方法，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移若大于设定值(本实施例中为50mm)则划分为垮塌块体，否则为安全块体，记录危险块体编号(n1,n2,
···
nn)；
[0037]依据数值仿真模拟结果，分析隧道掌子面前方存在围岩块体垮塌灾害的潜在风险区域。如图3所示。
[0038]本专利技术解决了节理岩体隧道围岩块体垮塌灾害的风险分析及预测难题，融合地震波探测数据，采用三维非连续变形分析方法，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，识别隧道危险块体的位置，为隧道危险块体垮塌灾害防控提供依据。
[0039]本领域内的技术人员应明白，本专利技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本专利技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，包括以下步骤：发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。2.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，所述几何参数包括岩体结构面倾向和倾角。3.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，构建三维非连续数值计算模型时，根据需求，确定模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数和地应力。4.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括，记录每个块体初始位置信息，对各块体施加地应力，利用三维非连续变形分析方法，分析每个块体的位移。5.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，记录每个竖向位移大于设定值的块体的编号。6.一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，其特征是，包括：地震波预报系统，用于发射地震波信号在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪亮，范宏运，姜新波，郭永建，杨光宇，屠文锋，周申，刘洋，邹浩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：