[發(fā)明專利]基于TSP系統(tǒng)和塊體理論的地下工程病態(tài)塊體超前預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711017323.1
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107832505B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱道宏;周炳樺;王琳;李術(shù)才;崔久華;薛翊國;蘇茂鑫;李志強;張開
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06T17/05
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種基于TSP系統(tǒng)和塊體理論的地下工程病態(tài)塊體超前預(yù)測方法，包括TSP系統(tǒng)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)的有效性進行判別，刪除無效數(shù)據(jù)；對TSP探測的數(shù)據(jù)進行處理，獲取掌子面前方巖體結(jié)構(gòu)面的三維顯示圖，定位掌子面前方可能發(fā)育病態(tài)塊體的結(jié)構(gòu)面組以及結(jié)構(gòu)面組產(chǎn)狀提取；將提取的結(jié)構(gòu)面組的產(chǎn)狀數(shù)據(jù)輸入運用塊體理論分析結(jié)構(gòu)面組和隧道臨空面形成的不穩(wěn)定塊體的位置，并判斷形成的病態(tài)塊體的穩(wěn)定性；結(jié)合勘探資料以及兩種分析結(jié)果對掌子面前方病態(tài)塊體進行綜合超前預(yù)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于TSP系統(tǒng)和塊體理論的地下工程病態(tài)塊體超前預(yù)測方法。

背景技術(shù)

我國地下工程、水電站等地下工程的數(shù)量越來越多。在地下工程開挖工程中，由于巖體被結(jié)構(gòu)面切割成大小不同、形狀不一的各種巖塊，隨著地下工程的持續(xù)開挖，圍巖原有的靜力平衡狀態(tài)被打破，某些暴露在臨空面上的病態(tài)塊體會沿著軟弱結(jié)構(gòu)面滑移并導(dǎo)致局部掉塊，嚴(yán)重的甚至產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，在地下工程一定范圍內(nèi)造成圍巖的局部坍塌、失穩(wěn)，嚴(yán)重影響工程進度，人員、設(shè)備的安全。因此，為了保證地下工程施工安全，提高工程建設(shè)的效率，地下工程中病態(tài)塊體的超前地質(zhì)探測更顯重要。

目前，TSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)采用地震波反射原理，操作簡單，能長距離地預(yù)報地下工程掌子面前方的地質(zhì)情況。通過在掘進面后方一定距離內(nèi)的鉆孔中施以微型爆破來發(fā)射信號，爆破引發(fā)的地震波在巖體中以球面的形式向四周傳播，其中一部分向地下工程掌子面前方傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石波阻抗差異界面(如斷層、破碎帶、巖性變化、溶洞和地下水等)時，部分地震信號反射回來，反射信號經(jīng)接收傳感器轉(zhuǎn)換成電信號并放大，對反射信號進行相應(yīng)的計算就可確定不良地質(zhì)體相關(guān)參數(shù)。

塊體理論是基于巖體為含有大量結(jié)構(gòu)面的巖石所組成的結(jié)構(gòu)體提出的，其是一種結(jié)構(gòu)分析方法，是借助于拓撲學(xué)，集合論，幾何學(xué)和矢量代數(shù)學(xué)建立的，其基本假定為：①結(jié)構(gòu)面為平面；②不考慮巖石塊體本身的強度破壞；③結(jié)構(gòu)體為剛體；④巖體的失穩(wěn)是巖體在各種荷載作用下沿著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切滑移。可視化塊體穩(wěn)定性分析程序UNWEDGE，是由加拿大多倫多大學(xué)E.Hock等開發(fā)的，是基于塊體理論編制的，適合于巖體洞室的開挖穩(wěn)定性分析。它假定結(jié)構(gòu)面切割形成的塊體為四面體(主要的塊體形式)，即由三組結(jié)構(gòu)面和臨空面組成，并將結(jié)構(gòu)體視為剛體。其程序假定條件來自于塊體理論的假設(shè)依據(jù)，該程序采用穩(wěn)定性系數(shù)來表示塊體穩(wěn)定性。

TSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)對現(xiàn)場采集到的TSP數(shù)據(jù)，通過后處理軟件進行處理，可獲得P，SH和SV波的時間剖面、深度偏移剖面、提取的反射層、巖石物理力學(xué)參數(shù)、各反射層能量大小等成果，對獲得的成果進行解譯，可以預(yù)測前方的軟弱帶、破碎帶、斷層、含水情況等。TSP系統(tǒng)雖然在地下工程超前預(yù)報中廣泛應(yīng)用，但并沒有結(jié)合塊體理論對地下工程掌子面前方病態(tài)塊體進行預(yù)測。如何在地下工程中采用TSP系統(tǒng)和塊體理論對地下工程掌子面前方的病態(tài)塊體進行超前預(yù)測，是目前亟待解決的一個技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于TSP系統(tǒng)和塊體理論的地下工程病態(tài)塊體超前預(yù)測方法，本發(fā)明在TSP系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以TSP的探測結(jié)果為原始數(shù)據(jù)，融合塊體理論對地下工程掌子面前方病態(tài)塊體進行準(zhǔn)確的預(yù)測預(yù)警，準(zhǔn)確、高效的判別前方圍巖情況，降低由病態(tài)塊體引發(fā)的隧道塌方失穩(wěn)災(zāi)害的概率，有力的指導(dǎo)地下工程的現(xiàn)場施工，保障工程一線的施工安全。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于TSP系統(tǒng)和塊體理論的地下工程病態(tài)塊體超前預(yù)測方法，包括以下步驟：

(1)TSP系統(tǒng)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)的有效性進行判別，刪除無效數(shù)據(jù)；

(2)對TSP探測的數(shù)據(jù)進行處理，獲取掌子面前方巖體結(jié)構(gòu)面的三維顯示圖，定位掌子面前方可能發(fā)育病態(tài)塊體的結(jié)構(gòu)面組以及結(jié)構(gòu)面組產(chǎn)狀提取；

(3)將提取的結(jié)構(gòu)面組的產(chǎn)狀數(shù)據(jù)輸入運用塊體理論分析結(jié)構(gòu)面組和隧道臨空面形成的不穩(wěn)定塊體的位置，并判斷形成的病態(tài)塊體的穩(wěn)定性；