[發(fā)明專利]一種TBM掘進隧洞圍巖單軸抗壓強度快速估算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910064663.2
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109740119B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 薛翊國;孔凡猛;張立龍;邱道宏;陶宇帆;蘇茂鑫;李廣坤;崔久華;王鵬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G01N3/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種TBM掘進隧洞圍巖單軸抗壓強度快速估算方法，其特征是，包括：

針對現(xiàn)有的隧洞圍巖內的不同巖性地層，分別獲得相應的巖石單軸抗壓強度數(shù)據(jù)及與巖石單軸抗壓強度相關的巖石力學參數(shù)數(shù)據(jù)；

根據(jù)不同巖性地層的所述巖石單軸抗壓強度數(shù)據(jù)及所述巖石力學參數(shù)數(shù)據(jù)，通過線型回歸分析方法或非線性分析方法，建立經(jīng)驗估算公式或經(jīng)驗估算模型；

獲得待測試樣的巖性地層相應的巖石力學參數(shù)數(shù)據(jù)，利用所建立的經(jīng)驗估算公式或經(jīng)驗估算模型估算該待測試樣的巖性地層的單軸抗壓強度；

在獲得與巖石單軸抗壓強度相關的巖石力學參數(shù)數(shù)據(jù)時，選取與單軸抗壓強度相關性強且能通過簡單快速測試方法獲取的巖石力學參數(shù)數(shù)據(jù)，包括點荷載強度、硬度、密度及聲波縱波波速；

針對所獲得標準單軸抗壓強度數(shù)據(jù)及巖石力學參數(shù)值數(shù)據(jù)進行簡單回歸分析獲得經(jīng)驗估算公式，若簡單回歸分析獲得經(jīng)驗估算公式不能滿足要求，則進行多元回歸分析獲得經(jīng)驗估算公式，若多元回歸分析獲得經(jīng)驗估算公式不能滿足要求，則采用非線性方法建立經(jīng)驗估算模型;

建立經(jīng)驗估算公式或經(jīng)驗估算模型之前，將現(xiàn)有隧洞根據(jù)地質勘查成果，劃分為不同巖性地層，將屬于同一巖性地層的劃為一組，在每一組巖性地層內采取多個巖石試樣;

在獲得屬于不同巖性地層的巖石試樣后，對巖石試樣進行標準單軸抗壓強度試驗，獲取隧洞不同巖性地層的標準單軸抗壓強度數(shù)據(jù)；同時對巖石試樣測試所選巖石力學參數(shù)，獲取巖石力學參數(shù)值數(shù)據(jù);

在針對所獲得標準單軸抗壓強度數(shù)據(jù)及巖石力學參數(shù)值數(shù)據(jù)進行簡單回歸分析獲得經(jīng)驗估算公式時，針對每一組巖性地層的數(shù)據(jù)建立單軸抗壓強度和單個力學參數(shù)的經(jīng)驗估算公式，即針對每組巖性地層建立單軸抗壓強度的經(jīng)驗估算公式；

其中，基于不同巖石力學參數(shù)，對于同一組巖性地層獲得多個經(jīng)驗估算公式，通過公式的相關性系數(shù)進行判別，相關性系數(shù)最大即為該組巖性地層的最佳公式；

簡單線型回歸分析采用4種關系式，即直線函數(shù)型Y=aX+b、?冪函數(shù)型Y=aX^b、指數(shù)函數(shù)型Y=ae^X和對數(shù)函數(shù)型Y=a+lnX，其中，Y為單軸抗壓強度，X為選取的巖石力學參數(shù)；

相關性系數(shù)（R²）可通過公式計算獲得，其中，Cov(X,Y)為X和Y的協(xié)方差，Var(X)為X的方差，Var(Y)為Y的方差。

2.如權利要求1所述的一種TBM掘進隧洞圍巖單軸抗壓強度快速估算方法，其特征是，在進行多元回歸分析獲得經(jīng)驗估算公式時，針對巖石力學參數(shù)任意兩個為一組，建立多個單軸抗壓強度與兩個力學參數(shù)的多元經(jīng)驗估算公式；

基于不同巖石力學參數(shù)組合，對于同一組巖性地層的多個經(jīng)驗估算公式，可通過公式的評估指數(shù)PI進行判別，評估指數(shù)PI最大即為該組巖性地層的最佳公式。

3.如權利要求1所述的一種TBM掘進隧洞圍巖單軸抗壓強度快速估算方法，其特征是，在采用非線性方法建立經(jīng)驗估算模型時，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡建立單軸抗壓強度的經(jīng)驗估算模型，具體的：將某一組巖性地層的單軸抗壓強度和巖石力學參數(shù)數(shù)據(jù)分為訓練樣本和非訓練樣本兩部分；

隨后選取兩個巖石力學參數(shù)作為輸入層，而對應的單軸抗壓強度為輸出層，并通過訓練樣本建立經(jīng)驗估算模型，采用非訓練樣本進行檢驗，對于同一組巖性地層基于不同巖石力學參數(shù)輸入層的多個合理的經(jīng)驗估算模型，同樣通過檢驗樣本的評估指數(shù)PI進行判別，評估指數(shù)PI最大即為該組巖性地層的最佳經(jīng)驗估算模型。

4.如權利要求3所述的一種TBM掘進隧洞圍巖單軸抗壓強度快速估算方法，其特征是，若采用非線性方法建立的經(jīng)驗估算模型不滿足要求，則增加輸入層個數(shù)，即增加輸入的巖石力學參數(shù)個數(shù)，直至建立滿足要求的經(jīng)驗估算模型。