本申請(qǐng)涉及圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)，并且更具體地，涉及一種用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、圍巖塑性區(qū)是指在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，圍巖受到應(yīng)力作用而發(fā)生塑性變形的區(qū)域，隧道工程的開(kāi)挖施工將不可避免地會(huì)在圍巖中產(chǎn)生一定范圍的塑性區(qū)，而圍巖塑性區(qū)范圍的準(zhǔn)確確定則是進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，準(zhǔn)確確定圍巖塑性區(qū)范圍不僅有助于指導(dǎo)施工過(guò)程中的措施和步驟，并且可以最大程度地減少圍巖變形和破壞，確保施工安全。

2、現(xiàn)有技術(shù)中主要通過(guò)在隧道內(nèi)進(jìn)行實(shí)地的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算確定圍巖塑性區(qū)范圍，但對(duì)于深部高水壓的隧道工程，地下水位的變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致隧道周圍的圍巖塑性區(qū)向水平方向產(chǎn)生不同程度的延伸變形，僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算難以確定圍巖塑性區(qū)的延伸變形范圍，而當(dāng)圍巖塑性區(qū)范圍超出了隧道內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載極限時(shí)，將使得隧道內(nèi)的支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法有效支撐圍巖，繼而引發(fā)安全事故，因此，如何在地下水位的變動(dòng)時(shí)確定圍巖塑性區(qū)的延伸變形范圍成為了亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)裝置及方法，能夠在進(jìn)行深部高水壓的隧道工程時(shí)，確定圍巖塑性區(qū)由于地下水位變動(dòng)的延伸變形范圍，提高隧道施工的安全性。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)方法，該方法可以由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備執(zhí)行，或者，也可以由配置于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的芯片執(zhí)行，本申請(qǐng)對(duì)此不作限定。

3、具體的，該方法包括：

4、獲取隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)；

5、根據(jù)所述隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)，確定初始圍巖塑性區(qū)半徑；

6、獲取隧道圍巖的傳聲衰減偏差序列，根據(jù)所述傳聲衰減偏差序列提取得到隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)；

7、采集隧道圍巖的上下側(cè)應(yīng)力，得到上下側(cè)應(yīng)力差序列，根據(jù)所述上下側(cè)應(yīng)力差序列和所述傳聲衰減偏差模態(tài)，確定圍巖傳遞離差系數(shù)；

8、獲取隧道的支護(hù)形變模量，根據(jù)所述支護(hù)形變模量、圍巖傳遞離差系數(shù)對(duì)所述初始圍巖塑性區(qū)半徑進(jìn)行塑性區(qū)擴(kuò)充，得到圍巖塑性區(qū)延展半徑；

9、當(dāng)所述圍巖塑性區(qū)延展半徑高于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，向隧道施工中心發(fā)送報(bào)警信息。

10、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，獲取隧道圍巖的傳聲衰減偏差序列具體包括：

11、獲取隧道圍巖的上側(cè)傳聲衰減序列和下側(cè)傳聲衰減序列；

12、將所述上側(cè)傳聲衰減序列、下側(cè)傳聲衰減序列間的差值序列作為所述傳聲衰減偏差序列。

13、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)聲波發(fā)射器和聲波接收器獲取所述上側(cè)傳聲衰減序列和所述下側(cè)傳聲衰減序列。

14、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)所述傳聲衰減偏差序列提取得到隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)具體包括：

15、獲取所述傳聲衰減偏差序列；

16、依據(jù)時(shí)序?qū)λ鰝髀曀p偏差序列進(jìn)行擬合，得到傳聲衰減偏差函數(shù)；

17、根據(jù)所述傳聲衰減偏差函數(shù)進(jìn)行模態(tài)提取，得到隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)。

18、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，采用拉格朗日插值法依據(jù)時(shí)序?qū)λ鰝髀曀p偏差序列進(jìn)行序列擬合，得到傳聲衰減偏差函數(shù)。

19、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)所述上下側(cè)應(yīng)力差序列和所述傳聲衰減偏差模態(tài)，確定圍巖傳遞離差系數(shù)具體包括：

20、獲取所述上下側(cè)應(yīng)力差序列的序列均值；

21、獲取所述傳聲衰減偏差模態(tài)的模態(tài)均值；

22、根據(jù)所述序列均值和所述模態(tài)均值，確定初始圍巖傳遞離差系數(shù)；

23、對(duì)所述上下側(cè)應(yīng)力差序列和所述傳聲衰減偏差模態(tài)進(jìn)行歸一化，分別得到歸一化應(yīng)力差序列和歸一化衰減模態(tài)；

24、根據(jù)所述歸一化應(yīng)力差序列和所述歸一化衰減模態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析，得到離差干擾系數(shù)；

25、根據(jù)所述離差干擾系數(shù)對(duì)所述初始圍巖傳遞離差系數(shù)進(jìn)行修正，得到圍巖傳遞離差系數(shù)。

26、結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)包括：隧道半徑、圍巖自重應(yīng)力、支護(hù)力、巖石黏聚力、巖石內(nèi)摩擦角和初始側(cè)壓系數(shù)。

27、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)裝置，該裝置包括：

28、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)；

29、處理模塊，用于根據(jù)所述隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)，確定初始圍巖塑性區(qū)半徑；

30、所述處理模塊，還用于獲取隧道圍巖的傳聲衰減偏差序列，根據(jù)所述傳聲衰減偏差序列提取得到隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)；

31、所述處理模塊，還用于采集隧道圍巖的上下側(cè)應(yīng)力，得到上下側(cè)應(yīng)力差序列，根據(jù)所述上下側(cè)應(yīng)力差序列和所述傳聲衰減偏差模態(tài)，確定圍巖傳遞離差系數(shù)；

32、所述處理模塊，還用于獲取隧道的支護(hù)形變模量，根據(jù)所述支護(hù)形變模量、圍巖傳遞離差系數(shù)對(duì)所述初始圍巖塑性區(qū)半徑進(jìn)行塑性區(qū)擴(kuò)充，得到圍巖塑性區(qū)延展半徑；

33、報(bào)警模塊，用于當(dāng)所述圍巖塑性區(qū)延展半徑高于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，向隧道施工中心發(fā)送報(bào)警信息。

34、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N計(jì)算機(jī)終端設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)終端設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有代碼，所述處理器被配置為獲取所述代碼，并執(zhí)行上述的用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)方法。

35、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有至少一條計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序由處理器加載并執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)方法所執(zhí)行的操作。

36、本申請(qǐng)公開(kāi)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

37、本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)裝置及方法中，首先獲取隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)，根據(jù)隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)，確定初始圍巖塑性區(qū)半徑，獲取隧道圍巖的傳聲衰減偏差序列，根據(jù)傳聲衰減偏差序列得到傳聲衰減偏差模態(tài)，采集隧道圍巖的上下側(cè)應(yīng)力，得到上下側(cè)應(yīng)力差序列，根據(jù)上下側(cè)應(yīng)力差序列和傳聲衰減偏差模態(tài)，確定圍巖傳遞離差系數(shù)，獲取支護(hù)形變模量，根據(jù)支護(hù)形變模量、圍巖傳遞離差系數(shù)對(duì)初始圍巖塑性區(qū)半徑進(jìn)行塑性區(qū)擴(kuò)充，得到圍巖塑性區(qū)延展半徑，本申請(qǐng)通過(guò)隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)和圍巖上下側(cè)應(yīng)力差序列對(duì)地下水位變動(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力變化進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)應(yīng)力變化對(duì)圍巖塑性區(qū)半徑進(jìn)行塑性區(qū)擴(kuò)充，從而能夠在進(jìn)行深部高水壓的隧道工程時(shí)，確定圍巖塑性區(qū)由于地下水位變動(dòng)的延伸變形范圍，從而提高隧道施工的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取隧道圍巖的傳聲衰減偏差序列具體包括：

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過(guò)聲波發(fā)射器和聲波接收器獲取所述上側(cè)傳聲衰減序列和所述下側(cè)傳聲衰減序列。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述傳聲衰減偏差序列提取得到隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)具體包括：

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，采用拉格朗日插值法依據(jù)時(shí)序?qū)λ鰝髀曀p偏差序列進(jìn)行序列擬合，得到傳聲衰減偏差函數(shù)。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述上下側(cè)應(yīng)力差序列和所述傳聲衰減偏差模態(tài)，確定圍巖傳遞離差系數(shù)具體包括：

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)包括：隧道半徑、圍巖自重應(yīng)力、支護(hù)力、巖石黏聚力、巖石內(nèi)摩擦角和初始側(cè)壓系數(shù)。

8.一種用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)裝置，其特征在于，包括有：

9.一種計(jì)算機(jī)終端設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)終端設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有代碼，所述處理器被配置為獲取所述代碼，并執(zhí)行如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有至少一條計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序由處理器加載并執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)方法所執(zhí)行的操作。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于隧道挖掘的圍巖塑性區(qū)范圍檢測(cè)裝置及方法，該方法首先根據(jù)隧道圍巖基準(zhǔn)參數(shù)，確定初始圍巖塑性區(qū)半徑，進(jìn)而根據(jù)傳聲衰減偏差序列提取得到隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)，采集隧道圍巖的上下側(cè)應(yīng)力，得到上下側(cè)應(yīng)力差序列，根據(jù)上下側(cè)應(yīng)力差序列和傳聲衰減偏差模態(tài)，確定圍巖傳遞離差系數(shù)，根據(jù)隧道的支護(hù)形變模量、圍巖傳遞離差系數(shù)對(duì)初始圍巖塑性區(qū)半徑進(jìn)行塑性區(qū)擴(kuò)充，得到圍巖塑性區(qū)延展半徑，本申請(qǐng)通過(guò)隧道的傳聲衰減偏差模態(tài)和圍巖上下側(cè)應(yīng)力差序列對(duì)地下水位變動(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力變化進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)應(yīng)力變化對(duì)圍巖塑性區(qū)半徑進(jìn)行塑性區(qū)擴(kuò)充，從而能夠確定圍巖塑性區(qū)由于地下水位變動(dòng)的延伸變形范圍，提高隧道施工的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳宇,牛宏霄,張波,郭敏,熊望輝,楊鴻瑞,周雙,崔琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中建二局第二建筑工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/5/27