[發明專利]一種巷道圍巖應力建模與預測方法

有效

• 申請號: 201710308802.2
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107145665B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 肖冬;張琦;柳小波;毛亞純
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發明涉及巖土檢測技術領域，具體公開了一種巷道圍巖應力建模與預測方法，該方法是利用優化后的ELM算法建立巷道圍巖應變應力的分析數學模型，利用所建立的數學模型在僅知道應變的情況下獲得應力。首先，選取若干份巷道圍巖應力和應變的實際檢測值，進行歸一化處理；然后，對歸一化后的應變應力數據中的一部分數據建立傳統ELM模型，利用貪心算法，優化ELM的輸入層權值建立優化后的定量分析數學模型；然后，基于該數學模型對已知的巷道變應預測獲得應力。本發明首次將ELM模型應用于巷道圍巖應力應變的建模，從而實現在僅知道圍巖應變的情況下對應力的預測，利用計算機建模并計算，其分析周期短、成本低、操作步驟簡單、提高了工作效率，同時減少人為誤差。

技術領域

本發明涉及巖土檢測技術領域，具體涉及一種巷道圍巖應力建模與預測方法。

背景技術

巷道開挖，圍巖能量釋放，同時在圍巖中產生偏應力。圍巖應力是原巖應力與偏應力的疊加，偏應力能控制巖體破壞。對于施工人員來說，巷道圍巖安全分級是施工前的重要指導方針。正確的分類可以降低施工成本，提高施工效率，避免潛在危險。目前，以定量指標為主的巷道圍巖安全等級劃分已成為發展方向。巷道圍巖的應變與應力是兩個重要的定量指標，實際工程中，巷道圍巖應變的測量較為容易，但是巷道圍巖的應力的測量卻比較困難，而且成本高昂。

現有的能夠有效測量應力的傳感器往往體積較大，操作不便，且價格高昂，難以實現大規模長時間的測量，測量主要采用人工間斷觀測和采集，監測結果滯后。已有數值分析建模方法，利用數值計算法，如有限差分法，有限元法，邊界元法，離散元法等，如著名的仿真計算軟件FLAC3D是基于有限差分法編制的，根據巖土的彈性模量，剪切模量，密度，抗拉強度等一系列靜態參數，能夠模擬巷道圍巖的應力與應變，獲得的為理想情況下數據，但在實際操作中，這些方法需要測量的參數較多，且很難預測獲得現實情況中準確的應力與應變值。

目前，尚未有能夠準確在僅知道圍巖應變的情況下預測巷道應力的方法，也未有能夠預測被測試部分中巷道應力值以及趨勢走向的方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種巷道圍巖應力建模與預測方法，該方法是先利用改進輸入層權值的ELM算法建立巷道圍巖應變與應力的定量分析數學模型，利用所建立的數學模型定量預測出應力值的變化。該方法分析周期短，易操作，可操作性強且通過計算機提高了精度、準確性高。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種巷道圍巖應力建模與預測方法，該方法包括如下步驟：

S1，測量獲取巷道圍巖N個點的應力值與應變值，記錄M天中每一天的巷道圍巖的每個點的應變值與應力值的數據；其中，所述巷道為馬蹄鐵型；

S2，對所述步驟一獲得的數據進行歸一化處理，將所述應變值和應力值處理為-1到1之間的數值；

S3，利用所述S2歸一化后的數值建立經過改良的ELM算法定量分析數學模型，基于該數學模型對需要預測的應變數據進行測試，獲得被預測部分中的應力值以及趨勢走向。

如上所述的方法，優選地，所述S2包括以下步驟：

S101、將巷道圍巖的所述N個點分別在垂直和水平方向的應變值數據制成M×2N的矩陣A；以及其中一個點的應力值數據制成M×1的矩陣B；

S201、對所述步驟S101中得到的所述矩陣A、B進行歸一化處理；分別在所述矩陣A、B中取最大的數據記為Cmax和最小的數據記為Cmin，并對兩者做差得到C_r，C_t滿足公式一；