一种应变型隧道岩爆烈度等级预测方法技术

本发明专利技术提供了一种应变型隧道岩爆烈度等级预测方法

【技术实现步骤摘要】
一种应变型隧道岩爆烈度等级预测方法


[0001]本专利技术涉及隧道岩爆预测
，具体而言，涉及一种应变型隧道岩爆烈度等级预测方法
。

技术介绍

[0002]随着我国隧道建设的不断发展，越来越多的隧道需要穿越高海拔高应力地区，岩爆等动力灾害问题已成为当前隧道工程界亟需解决的重大难题
。
隧道岩爆本质上是一种由于岩体中蕴含的弹性变形能在开挖卸荷作用下的突然释放而导致的岩石破裂
、
甚至弹射的动力灾害
。
隧道岩爆的产生与岩石强度
、
弹性变形能以及开挖卸荷隧道围岩应力分布等多种因素息息相关
。
为了预测岩爆产生，降低岩爆带来的危害，学者们先后提出了能量
、
强度
、
刚度等十余种预测模型
。
但上述模型多是从某一特定角度去阐释岩爆孕育机理，难以全面阐述岩爆发生的条件
。
通过构建完善的岩爆评价指标体系，采用多指标的综合预测方法是解决该问题的有效途径之一，但同时也存在评价指标数量过多，各指标之间内在关系不明确从而影响预测精度等不足
。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的问题是现有预测岩爆发生的模型存在难以全面阐述岩爆发生条件或评价指标较多导致不清楚各指标内在关联等问题，从而降低模型的预测精准性
。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种应变型隧道岩爆烈度等级预测方法，包括：确定影响隧道岩爆烈度的关键性指标，并确定岩爆烈度等级分级标准；获取待评估对象的所述关键性指标的数值；确定不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重；根据不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重，利用改进的
Vikor
法构建应变型岩爆多属性群决策预测模型；其中，所述改进的
Vikor
法的分析矩阵的构建方法包括：根据所述岩爆烈度等级分级标准构建以岩爆烈度等级分级系数为元素的初始矩阵，根据所述待评估对象的所述关键性指标的数值与所述初始矩阵形成所述分析矩阵；根据所述应变型岩爆多属性群决策预测模型获得各个岩爆烈度等级及所述待评估对象的折衷指标值，并根据所述待评估对象的折衷指标值与各个岩爆烈度等级的折衷指标值的接近程度，得到所述待评估对象的岩爆烈度等级
。
[0005]较佳地，所述关键性指标包括应力比和剩余弹性应变能指数，所述应力比为隧道环向围岩的最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值；所述确定岩爆烈度等级分级标准包括：获取所述应力比的岩爆烈度等级分级系数和所述剩余弹性应变能指数的岩爆烈度等级分级系数，并根据所述应力比的岩爆烈度等级分级系数划分多个第一范围，根据所述剩余弹性应变能指数的岩爆烈度等级分级系数划分多个第二范围；根据多个所述第一范围和多个所述第二范围确定出各个岩爆烈度等级
。
[0006]较佳地，所述获取待评估对象的所述关键性指标的数值包括：基于岩体非线性强度破坏准则，构建考虑不同开挖卸荷方式的高地应力隧道开挖卸荷有限元数值分析模型；利用所述高地应力隧道开挖卸荷有限元数值分析模型获取指定开挖工法下所述隧道环向围岩的最大切向应力；获取岩石单轴抗压强度，并计算所述最大切向应力与所述岩石单轴抗压强度的比值，得到所述待评估对象的应力比的数值
。
[0007]较佳地，所述岩体非线性强度破坏准则为考虑开挖扰动效应的非线性广义
Hoek
‑
brown
屈服准则，所述非线性广义
Hoek
‑
brown
屈服准则的表达式如式（1）所示：（1）；
[0008]其中，为最大主应力，为最小主应力，为岩石单轴抗压强度，
s、m
b
、
均为岩体参数，其中，
s
根据式（2）确定，
m
b
根据式（3）确定，根据式（4）确定；
[0009]（2）；
[0010]（3）；
[0011]（4）；
[0012]其中，
m
i
为完整岩体的摩擦强度，
d
为扰动参数，
GSI
由岩石完整性系数
K
v
进行近似估计，所述岩石完整性系数
K
v
如式（5）所示：（5）
。
[0013]较佳地，所述确定不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重包括：采用
G1
赋权法确定不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重
。
[0014]较佳地，所述根据不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重，利用改进的
Vikor
法构建应变型岩爆多属性群决策预测模型包括：构建所述改进的
Vikor
法的分析矩阵；对所述分析矩阵进行标准化处理，得到标准化矩阵；根据不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重和所述标准化矩阵，构建所述应变型岩爆多属性群决策预测模型
。
[0015]较佳地，所述对所述分析矩阵进行标准化处理，得到标准化矩阵包括：采用转化公式对所述分析矩阵进行转化，得到标准化矩阵；其中，所述转化公式如式（6）所示：（6）；
[0016]所述标准化矩阵如式（7）所示：（7）；
[0017]其中，为所述分析矩阵中第
i
个岩爆烈度等级下第
j
个关键性指标的岩爆烈度等级分级系数，
n
为所述关键性指标的数量
。
[0018]较佳地，所述应变型岩爆多属性群决策预测模型包括群体效用函数和个体遗憾函数，所述群体效用函数如公式（8）所示，所述个体遗憾函数如公式（9）所示；所述公式（8）为：（8）；
[0019]所述公式（9）为：（9）；
[0020]其中，
S
i
表示群体效用值，
R
i
表示个体遗憾值，代表响应所述关键性指标下的最大值，代表响应所述关键性指标下的最小值，
w
j
为所述关键性指标的权重
。
[0021]较佳地，所述根据所述应变型岩爆多属性群决策预测模型获得各个岩爆烈度等级及所述待评估对象的折衷指标值包括：采用所述群体效用函数计算所述群体效用值，采用所述个体遗憾函数计算所述个体遗憾值；根据所述群体效用值和所述个体遗憾值，采用公式（
10
）获取各个岩爆烈度等级及所述待评估对象的折衷指标值，所述公式（
10
）为：（
10
）；
[0022]其中，代表响应所述关键性指标下的群体效用值的最小值，代表响应所述关键性指标下的群体效用值的最大值，代表响应所述关键性指标下的个体遗憾值的最小值，代表响应所述关键性指标下的个体遗憾值的最大值，
v
表示决策机制系数，
v=0.5。
[0023]较佳地，所述根据所述待评估对象的折本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应变型隧道岩爆烈度等级预测方法，其特征在于，包括：确定影响隧道岩爆烈度的关键性指标，并确定岩爆烈度等级分级标准；获取待评估对象的所述关键性指标的数值；确定不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重；根据不同所述关键性指标对所述岩爆烈度等级的权重，利用改进的
Vikor
法构建应变型岩爆多属性群决策预测模型；其中，所述改进的
Vikor
法的分析矩阵的构建方法包括：根据所述岩爆烈度等级分级标准构建以岩爆烈度等级分级系数为元素的初始矩阵，根据所述待评估对象的所述关键性指标的数值与所述初始矩阵形成所述分析矩阵；根据所述应变型岩爆多属性群决策预测模型获得各个岩爆烈度等级及所述待评估对象的折衷指标值，并根据所述待评估对象的折衷指标值与各个岩爆烈度等级的折衷指标值的接近程度，得到所述待评估对象的岩爆烈度等级
。2.
根据权利要求1所述的应变型隧道岩爆烈度等级预测方法，其特征在于，所述关键性指标包括应力比和剩余弹性应变能指数，所述应力比为隧道环向围岩的最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值；所述确定岩爆烈度等级分级标准包括：获取所述应力比的岩爆烈度等级分级系数和所述剩余弹性应变能指数的岩爆烈度等级分级系数，并根据所述应力比的岩爆烈度等级分级系数划分多个第一范围，根据所述剩余弹性应变能指数的岩爆烈度等级分级系数划分多个第二范围；根据多个所述第一范围和多个所述第二范围确定出各个岩爆烈度等级
。3.
根据权利要求2所述的应变型隧道岩爆烈度等级预测方法，其特征在于，所述获取待评估对象的所述关键性指标的数值包括：基于岩体非线性强度破坏准则，构建考虑不同开挖卸荷方式的高地应力隧道开挖卸荷有限元数值分析模型；利用所述高地应力隧道开挖卸荷有限元数值分析模型获取指定开挖工法下所述隧道环向围岩的最大切向应力；获取岩石单轴抗压强度，并计算所述最大切向应力与所述岩石单轴抗压强度的比值，得到所述待评估对象的应力比的数值
。4.
根据权利要求3所述的应变型隧道岩爆烈度等级预测方法，其特征在于，所述岩体非线性强度破坏准则为考虑开挖扰动效应的非线性广义
Hoek
‑
brown
屈服准则，所述非线性广义
Hoek
‑
brown
屈服准则的表达式如式（1）所示：（1）；其中，为最大主应力，为最小主应力，为岩石单轴抗压强度，
s、m
b
、
均为岩体参数，其中，
s
根据式（2）确定，
m
b
根据式（3）确定，根据式（4）确定；（2）；（3）；
（4）；其中，
m
i
为完整岩体的摩擦强度，
d
为扰动参数，
GSI
由岩石完整性系数
K
v
进行近似估计，所述岩石完整性系数
K
v
如式（5）所示：（5）
。5.
根据权利要求1所述的应变型隧道岩爆烈度等级预测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾霖，孙锐，李定有，李赵九，寇学超，申志军，张占君，闫坤，胡茂，靳毅，廖忠玉，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：