[發(fā)明專利]一種深部硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性三維動態(tài)量化評價方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310099494.2
• 申請日: 2023-02-08
• 公開（公告）號: CN116306245A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 馬耀財;朱合華;蔡武強;衛(wèi)向陽;蘇辰龍
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/126;G06F119/14
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 劉旭章

1.一種深部硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性三維動態(tài)量化評價方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：通過現(xiàn)場原位測試手段和數(shù)字化手段采集隧道地質(zhì)和圍巖的參數(shù)；

S2：利用采集的參數(shù)構(gòu)建基于GZZ三維巖體強度準則的隧道圍巖三維力學分析模型，并給出破壞區(qū)的控制方程和目標函數(shù)；

S3：封裝相關參數(shù)和目標函數(shù)到人工智能算法中，并使用人工智能算法對目標函數(shù)進行求解；

S4：利用封裝的人工智能算法程序自動執(zhí)行隧道掘進過程中參數(shù)動態(tài)更新后的穩(wěn)定性評估。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性三維動態(tài)量化評價方法，其特征在于，所述S1具體包括如下步驟：

S11：利用數(shù)字化手段開展精細數(shù)字化信息原位獲取，確定地質(zhì)強度指標GSI和擾動系數(shù)D；

S12：通過回彈動力學測試或經(jīng)驗統(tǒng)計模型的方式獲取巖石軟硬程度m_i；結(jié)合所述S11中獲取的參數(shù)GSI和D，進一步計算巖體強度參數(shù)m_b、s和a，參數(shù)m_b、s和a的計算公式表示為：

S13：利用現(xiàn)場真三軸試驗、獲取巖石單軸抗壓強度σ_c；地質(zhì)勘測手段(水壓致裂法和聲發(fā)射法等)現(xiàn)場原位測試水平地應力p和豎直地應力q。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深部硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性三維動態(tài)量化評價方法，其特征在于，所述S2具體包括如下步驟：

S21：根據(jù)靜力平衡條件與GZZ三維強度準則，構(gòu)建獲取圍巖破壞區(qū)內(nèi)應力分布的控制方程，其中GZZ三維強度準則表示為：

其中，

S22：利用兩個彈性復勢函數(shù)給出圍巖未破壞區(qū)域內(nèi)的應力分布；

S23：根據(jù)靜力平衡原理給出確定破壞區(qū)的控制方程組，給出求解破壞區(qū)的目標函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深部硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性三維動態(tài)量化評價方法，其特征在于，所述S21中，圍巖破壞區(qū)內(nèi)應力分布通過如下步驟實現(xiàn)：

S211：建立非關聯(lián)的塑性勢函數(shù)Q、表示為：

其中，β為反映巖體剪脹特性的體積修正系數(shù)；

根據(jù)非關聯(lián)的塑性勢函數(shù)Q、塑性流動法則與隧道軸向應變ε_z獲取確定隧道面外塑性應力σ_z的關系式，表示為：

其中，dλ為一正的比例因子；

S212：將S211中確定隧道面外塑性應力σ_z的關系式代入GZZ三維強度準則，得到關于圍巖垂直于隧道掘進方向的面內(nèi)應力控制方程，表示為：

其中，α根據(jù)隧道軸向應變ε_z的大小確定，最為一般的情形是ε_z＝0時的平面應變模型，此時α取0.5。

S213：將所述控制方程結(jié)合平衡微分方程，采用滑移線法獲取破壞區(qū)內(nèi)圍巖應力分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深部硬巖隧道圍巖穩(wěn)定性三維動態(tài)量化評價方法，其特征在于，所述S22中，圍巖未破壞區(qū)域內(nèi)的應力分布通過如下步驟實現(xiàn)：

S221：將圍巖中破壞區(qū)的邊界用一個映射函數(shù)來表示，其形式為Taylor級數(shù)，表示為：

其中，R和c_k為待求的映射函數(shù)系數(shù)，且均為實數(shù)；m≥6；求解映射函數(shù)系數(shù)等價于確定了破壞區(qū)的分布形態(tài)，即將破壞區(qū)的形狀和大小參數(shù)化定量表示；

S222：圍巖未破壞區(qū)域內(nèi)的應力分布使用兩個與地應力有關的復勢函數(shù)表示，其形式為Taylor級數(shù)，表示為：

其中，a_k和b_k均為實數(shù)；n≥40；

S223：給定映射函數(shù)系數(shù)后，圍巖未破壞區(qū)域內(nèi)的應力分布按照以下方程給出：

其中，為圍巖未破壞區(qū)域面內(nèi)應力分量的極坐標表示。