本發(fā)明涉及隧道工程巖爆等級(jí)分類方法領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、巖爆通常在隧道掌子面正在施工作業(yè)時(shí)發(fā)生。若發(fā)生小的巖爆，則會(huì)出現(xiàn)巖層斷裂，不會(huì)有巖體脫落，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)無過大影響；若發(fā)生大的巖爆，在很高地應(yīng)力作用下會(huì)使得巖石發(fā)生爆裂，大小不一的巖石塊會(huì)以很高的速度脫離原巖體，甚至?xí)泻艽蟮膸r石塊直接脫落。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員造成損傷及產(chǎn)生心理影響，也同時(shí)會(huì)對(duì)施工機(jī)械和已施工完成結(jié)構(gòu)造成破壞。

3、巖體中有較高的地應(yīng)力，并且超過了巖石本身的強(qiáng)度，同時(shí)巖石具有較高的脆性度和彈性，在這種條件下，一旦地下工程活動(dòng)破壞了巖體原有的平衡狀態(tài)，巖體中積聚的能量釋放就會(huì)導(dǎo)致巖石破壞，并將破碎巖石拋出。巖爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動(dòng)力破壞現(xiàn)象，當(dāng)巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能大于巖石破壞所消耗的能量時(shí)，破壞了巖體結(jié)構(gòu)的平衡，多余的能量導(dǎo)致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。

4、為此一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了模糊數(shù)字判別法、機(jī)器學(xué)習(xí)法、距離判別分析發(fā)和未確知測(cè)度評(píng)價(jià)法等。同時(shí)也有學(xué)者引入剩余彈性能指數(shù)aef、彈性應(yīng)變勢(shì)能pes和彈性能指數(shù)wet等。然而大多隧道工程直接套用的階段，未根據(jù)實(shí)際工程情況對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)與改進(jìn)完善，缺乏針對(duì)性與實(shí)用性，并且在實(shí)際工程中圍巖的結(jié)構(gòu)面會(huì)有多次的開挖擾動(dòng)，這可能導(dǎo)致圍巖的傾向性發(fā)生改變。上述的方案與彈性指數(shù)更難以對(duì)圍巖巖爆進(jìn)行準(zhǔn)確性的評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法及系統(tǒng)，本發(fā)明基于圍巖巖爆等級(jí)評(píng)價(jià)公式既考慮巖體的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，也考慮了圍巖巖爆開挖擾動(dòng)的作用，此方法對(duì)工程施工過程的實(shí)際情況，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法。

4、一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，包括：

5、采用應(yīng)力解除法測(cè)量圍巖的切向應(yīng)力σθ；

6、在開挖線圍巖處進(jìn)行打孔，進(jìn)行爆破后對(duì)圍巖進(jìn)行聲波檢測(cè)，測(cè)得孔內(nèi)各個(gè)位置的聲波縱向速度cp和未損傷巖體的聲縱波速度cp0；

7、基于聲波縱向速度cp和未損傷巖體的聲縱波速度cp0，計(jì)算地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi和擾動(dòng)因子d；

8、根據(jù)地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi和擾動(dòng)因子d，計(jì)算巖體變形模量em；

9、根據(jù)巖體變形模量em和地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi，計(jì)算單軸抗壓強(qiáng)度σc；

10、根據(jù)圍巖的切向應(yīng)力σθ和單軸抗壓強(qiáng)度σc，計(jì)算切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ts；

11、計(jì)算鉆孔攝像技術(shù)求出的巖爆折損系數(shù)k1、振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)求出巖爆折損系數(shù)k2以及錨桿測(cè)力計(jì)求出的巖爆折損系數(shù)k3；

12、巖爆折損系數(shù)k1、巖爆折損系數(shù)k2、巖爆折損系數(shù)k3和切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ts相乘，得到折減后切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此判斷巖爆的等級(jí)。

13、進(jìn)一步地，所述圍巖的切向應(yīng)力σθ為：

14、

15、式中，e表示巖石彈性模量，a表示與α1之間夾角；表示0°、45°、90°三個(gè)方向的變形。

16、進(jìn)一步地，所述地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi為：

17、gsi＝11.907cp0+5.347。

18、進(jìn)一步地，所述擾動(dòng)因子d為：

19、

20、進(jìn)一步地，所述單軸抗壓強(qiáng)度σc為：

21、

22、進(jìn)一步地，所述切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ts為：

23、

24、進(jìn)一步地，計(jì)算所述鉆孔攝像技術(shù)求出的巖爆折損系數(shù)k1的過程包括：采用鉆孔攝像技術(shù)得到內(nèi)部損傷判斷裂紋的數(shù)量和長(zhǎng)度，根據(jù)內(nèi)部損傷判斷裂紋的數(shù)量和長(zhǎng)度評(píng)估巖爆折損系數(shù)k1。

25、進(jìn)一步地，計(jì)算所述振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)求出巖爆折損系數(shù)k2的過程包括：根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到ppv值，根據(jù)ppv值評(píng)估巖爆折損系數(shù)k2。

26、進(jìn)一步地，計(jì)算所述錨桿測(cè)力計(jì)求出的巖爆折損系數(shù)k3的過程包括：采用錨桿測(cè)力計(jì)，計(jì)算爆破前應(yīng)力σ0和爆破后應(yīng)力σ1的值，根據(jù)爆破前應(yīng)力σ0和爆破后應(yīng)力σ1的值之間的應(yīng)力關(guān)系，評(píng)估巖爆折損系數(shù)k3。

27、本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類系統(tǒng)。

28、一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類系統(tǒng)，包括：

29、應(yīng)力測(cè)量模塊，其被配置為：采用應(yīng)力解除法測(cè)量圍巖的切向應(yīng)力σθ；

30、速度測(cè)量模塊，其被配置為：在開挖線圍巖處進(jìn)行打孔，進(jìn)行爆破后對(duì)圍巖進(jìn)行聲波檢測(cè)，測(cè)得孔內(nèi)各個(gè)位置的聲波縱向速度cp和未損傷巖體的聲縱波速度cp0；

31、第一計(jì)算模塊，其被配置為：基于聲波縱向速度cp和未損傷巖體的聲縱波速度cp0，計(jì)算地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi和擾動(dòng)因子d；

32、第二計(jì)算模塊，其被配置為：根據(jù)地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi和擾動(dòng)因子d，計(jì)算巖體變形模量em；

33、第三計(jì)算模塊，其被配置為：根據(jù)巖體變形模量em和地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi，計(jì)算單軸抗壓強(qiáng)度σc；

34、第四計(jì)算模塊，其被配置為：根據(jù)圍巖的切向應(yīng)力σθ和單軸抗壓強(qiáng)度σc，計(jì)算切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ts；

35、第五計(jì)算模塊，其被配置為：計(jì)算鉆孔攝像技術(shù)求出的巖爆折損系數(shù)k1、振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)求出巖爆折損系數(shù)k2以及錨桿測(cè)力計(jì)求出的巖爆折損系數(shù)k3；

36、等級(jí)分類模塊，其被配置為：巖爆折損系數(shù)k1、巖爆折損系數(shù)k2、巖爆折損系數(shù)k3和切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ts相乘，得到折減后切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此判斷巖爆的等級(jí)。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

38、本發(fā)明結(jié)合多種評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)圍巖巖爆進(jìn)行更加準(zhǔn)確性的評(píng)估，解決現(xiàn)有技術(shù)未根據(jù)實(shí)際工程情況對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)與改進(jìn)完善，缺乏針對(duì)性與實(shí)用性的弊端；同時(shí)也能夠在實(shí)際工程中圍巖的結(jié)構(gòu)面有多次的開挖擾動(dòng)情況下，準(zhǔn)確判斷圍巖傾向性的改變。

技術(shù)特征：

1.一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，所述圍巖的切向應(yīng)力σθ為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，所述地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)gsi為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，所述擾動(dòng)因子d為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，所述單軸抗壓強(qiáng)度σc為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，所述切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ts為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，計(jì)算所述鉆孔攝像技術(shù)求出的巖爆折損系數(shù)k1的過程包括：采用鉆孔攝像技術(shù)得到內(nèi)部損傷判斷裂紋的數(shù)量和長(zhǎng)度，根據(jù)內(nèi)部損傷判斷裂紋的數(shù)量和長(zhǎng)度評(píng)估巖爆折損系數(shù)k1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，計(jì)算所述振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)求出巖爆折損系數(shù)k2的過程包括：根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到ppv值，根據(jù)ppv值評(píng)估巖爆折損系數(shù)k2。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法，其特征在于，計(jì)算所述錨桿測(cè)力計(jì)求出的巖爆折損系數(shù)k3的過程包括：采用錨桿測(cè)力計(jì)，計(jì)算爆破前應(yīng)力σ0和爆破后應(yīng)力σ1的值，根據(jù)爆破前應(yīng)力σ0和爆破后應(yīng)力σ1的值之間的應(yīng)力關(guān)系，評(píng)估巖爆折損系數(shù)k3。

10.一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及隧道工程巖爆等級(jí)分類方法領(lǐng)域，提供了一種考慮巖體質(zhì)量和爆破損傷的巖爆等級(jí)分類方法及系統(tǒng)。該方法包括，采用應(yīng)力解除法測(cè)量圍巖的切向應(yīng)力；在開挖線圍巖處進(jìn)行打孔，進(jìn)行爆破后對(duì)圍巖進(jìn)行聲波檢測(cè)，測(cè)得孔內(nèi)各個(gè)位置的聲波縱向速度和未損傷巖體的聲縱波速度；基于聲波縱向速度和未損傷巖體的聲縱波速度，計(jì)算地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)和擾動(dòng)因子；根據(jù)地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)和擾動(dòng)因子，計(jì)算巖體變形模量，以進(jìn)一步計(jì)算單軸抗壓強(qiáng)度；根據(jù)圍巖的切向應(yīng)力和單軸抗壓強(qiáng)度，計(jì)算切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；將第一巖爆折損系數(shù)、第二巖爆折損系數(shù)、第三巖爆折損系數(shù)和切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相乘，得到折減后切應(yīng)力巖爆評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此判斷巖爆的等級(jí)。

技術(shù)研發(fā)人員：張慶賀,董文軒,袁亮,江丙友,楊發(fā)旺,汪盈
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26