隧道三维应力分量的确定方法及相关设备技术

本发明专利技术公开了一种隧道三维应力分量的确定方法及相关设备，涉及隧道围岩应力测试领域，主要为解决传统的测量隧道三维应力分量的方法操作工序繁复、效率低下的问题。该方法包括：获取隧道内的至少十二个岩样，其中，所述至少十二个岩样是基于隧道的六个不同方向的钻孔获取的，每个方向至少获取两个岩样；基于所述至少十二个岩样确定六个方向的最佳正应力分量；基于所述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式；基于所述目标观测值表达式确定所述隧道三维应力分量。本发明专利技术用于隧道三维应力分量的确定过程。定过程。定过程。

【技术实现步骤摘要】
隧道三维应力分量的确定方法及相关设备


[0001]本专利技术涉及隧道围岩应力测试领域，尤其涉及一种隧道三维应力分量的确定方法及相关设备。

技术介绍

[0002]地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑、道路和各种地下岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力。地下工程的破坏和失稳大都是由原岩应力引起的，因此原岩应力的测量对地下工程的稳定及其安全性评价具有重要意义。科学准确的地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现巷道轴线方向选择、巷道断面形状、支撑设计的必要前提。
[0003]目前得到广泛应用的原地应力测量与估算方法多达十几种，尽管目前已有不少测量方法，但在实际测量中受到了一定的限制，如代表性的套孔应力解除法、水压致裂法等均存在测量费用昂贵、测量周期长、现场施工难度大、难以在远离作业面区域进行试验等问题，费时费钱，从而致使地应力测量难以在岩石工程中普遍进行。而随着资源开采进入几千米级深度范围，浅部地应力测试方法的弹性假设受到质疑，其测试精度不能得到保证。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供一种隧道三维应力分量的确定方法及相关设备，主要目的在于解决传统的测量隧道三维应力分量的方法操作工序繁复、效率低下的问题。
[0005]为解决上述至少一种技术问题，第一方面，本专利技术提供了一种隧道三维应力分量的确定方法，该方法包括：
[0006]获取隧道内的至少十二个岩样，其中，上述至少十二个岩样是基于隧道的六个不同方向的钻孔获取的，每个方向至少获取两个岩样；
>[0007]基于上述至少十二个岩样确定六个方向的最佳正应力分量；
[0008]基于上述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式；
[0009]基于上述目标观测值表达式确定上述隧道三维应力分量。
[0010]可选的，上述方法还包括：
[0011]对目标岩样进行声发射试验以确定目标岩样的应力变化曲线；
[0012]基于上述目标岩样的应力变化曲线确定目标岩样的Kasier效应点；
[0013]基于上述目标岩样的Kasier效应点确定正应力分量。
[0014]可选的，上述基于上述至少六个岩样确定六个方向的最佳正应力分量，包括：
[0015]基于目标方向的至少两个岩样的正应力分量和衡量权值确定目标方向的最佳正应力分量，其中，上述衡量权值用于表征对声发射试验的Kasier效应敏感程度。
[0016]可选的，上述基于上述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式，包括：
[0017]基于目标方向的最佳正应力分量建立初始观测值表达式；
[0018]基于上述目标方向与大地坐标系的三个坐标轴方向确定三个余弦表达式；
[0019]基于上述目标方向的初始观测值表达式和三个余弦表达式建立上述目标方向的观测值表达式；
[0020]基于上述六个方向的观测值表达式确定目标观测值表达式。
[0021]可选的，上述方法还包括：
[0022]在隧道内的六个不同方向的钻孔的方向为预设标准方向的情况下，基于上述六个方向的最佳正应力分量和隧道三维应力分量的关系确定目标观测值表达式，其中，上述预设标准方向为隧道局部坐标系的三个坐标轴方向和坐标轴与坐标轴之间的三个四十五度夹角引出的方向；
[0023]基于上述目标观测值表达式确定在隧道坐标系下的初始隧道三维应力分量。
[0024]可选的，上述方法还包括：
[0025]在隧道内的六个不同方向的钻孔的方向为预设标准方向的情况下，确定每个方向的三个余弦值，其中，上述每个方向的三个余弦值是基于目标方向与上述隧道坐标系的三个坐标轴方向确定的。
[0026]可选的，上述方法还包括：
[0027]在确定上述隧道坐标系下的初始隧道三维应力分量的情况下，基于坐标系转换公式将上述初始隧道三维应力分量转换为大地坐标系下的上述隧道三维应力分量。
[0028]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种隧道三维应力分量的确定装置，包括：
[0029]获取单元，用于获取隧道内的至少十二个岩样，其中，上述至少十二个岩样是基于隧道的六个不同方向的钻孔获取的，每个方向至少获取两个岩样；
[0030]第一确定单元，用于基于上述至少十二个岩样确定六个方向的最佳正应力分量；
[0031]第二确定单元，用于基于上述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式；
[0032]第三确定单元，用于基于上述目标观测值表达式确定上述隧道三维应力分量。
[0033]为了实现上述目的，根据本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序被处理器执行时实现上述的隧道三维应力分量的确定方法的步骤。
[0034]为了实现上述目的，根据本专利技术的第四方面，提供了一种电子设备，包括至少一个处理器、以及与上述处理器连接的至少一个存储器；其中，上述处理器用于调用上述存储器中的程序指令，执行上述的隧道三维应力分量的确定方法的步骤。
[0035]借由上述技术方案，本专利技术提供的隧道三维应力分量的确定方法及相关设备，对于传统的测量隧道三维应力分量的方法操作工序繁复、效率低下的问题，本专利技术通过获取隧道内的至少十二个岩样，其中，上述至少十二个岩样是基于隧道的六个不同方向的钻孔获取的，每个方向至少获取两个岩样；基于上述至少十二个岩样确定六个方向的最佳正应力分量；基于上述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式；基于上述目标观测值表达式确定上述隧道三维应力分量。在上述方案中，借助了地下隧道6个不同方位的钻孔内轴向岩芯的声发射室内试验来确定隧道段的围岩平均三维主应力即上述隧道三维应力分量，且由于借助了隧洞内不同方位的6个钻孔取芯后，只需要
钻取轴向方向的岩样岩样，其岩样制备的取样范围相较传统声发射方法较大，可以看作是该隧洞段的平均应力水平。由于隧洞在设计和施工时经常会设计很多钻孔，因此，本方案还可以借助已有钻孔内的岩芯就可实现，这大大节省了应力测试成本和测试方法的复杂度。
[0036]相应地，本专利技术实施例提供的隧道三维应力分量的确定装置、设备和计算机可读存储介质，也同样具有上述技术效果。
[0037]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0038]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0039]图1示出了本专利技术实施例提供的一种隧道三维应力分量的确定方法的流程示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道三维应力分量的确定方法，其特征在于，包括：获取隧道内的至少十二个岩样，其中，所述至少十二个岩样是基于隧道的六个不同方向的钻孔获取的，每个方向至少获取两个岩样；基于所述至少十二个岩样确定六个方向的最佳正应力分量；基于所述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式；基于所述目标观测值表达式确定所述隧道三维应力分量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对目标岩样进行声发射试验以确定目标岩样的应力变化曲线；基于所述目标岩样的应力变化曲线确定目标岩样的Kasier效应点；基于所述目标岩样的Kasier效应点确定正应力分量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述至少六个岩样确定六个方向的最佳正应力分量，包括：基于目标方向的至少两个岩样的正应力分量和衡量权值确定目标方向的最佳正应力分量，其中，所述衡量权值用于表征对声发射试验的Kasier效应敏感程度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述六个方向的最佳正应力分量和每个方向的三个余弦表达式确定目标观测值表达式，包括：基于目标方向的最佳正应力分量建立初始观测值表达式；基于所述目标方向与大地坐标系的三个坐标轴方向确定三个余弦表达式；基于所述目标方向的初始观测值表达式和三个余弦表达式建立所述目标方向的观测值表达式；基于所述六个方向的观测值表达式确定目标观测值表达式。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在隧道内的六个不同方向的钻孔的方向为预设标准方向的情况下，基于所述六个方向的最佳正应力分量和隧道三维应力分量的关系确定目标观测值表达式，其中，所述预设标准方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑民总，徐正宣，李邵军，王栋，扈森，刘俊飞，陈明浩，张营旭，贾哲强，林之恒，袁东，刘强，孟少伟，张小林，王哲威，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：