CN107832505B - 基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法 - Google Patents

基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107832505B
CN107832505B CN201711017323.1A CN201711017323A CN107832505B CN 107832505 B CN107832505 B CN 107832505B CN 201711017323 A CN201711017323 A CN 201711017323A CN 107832505 B CN107832505 B CN 107832505B
Authority
CN
China
Prior art keywords
block
pathological
data
underground engineering
theory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711017323.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107832505A (zh
Inventor
邱道宏
周炳桦
王琳
李术才
崔久华
薛翊国
苏茂鑫
李志强
张开
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN201711017323.1A priority Critical patent/CN107832505B/zh
Publication of CN107832505A publication Critical patent/CN107832505A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107832505B publication Critical patent/CN107832505B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05—Geographic models

Abstract

本发明公开了一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，包括TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别，删除无效数据；对TSP探测的数据进行处理，获取掌子面前方岩体结构面的三维显示图，定位掌子面前方可能发育病态块体的结构面组以及结构面组产状提取；将提取的结构面组的产状数据输入运用块体理论分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性；结合勘探资料以及两种分析结果对掌子面前方病态块体进行综合超前预测。

Description

基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法
技术领域
本发明涉及一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法。
背景技术
我国地下工程、水电站等地下工程的数量越来越多。在地下工程开挖工程中，由于岩体被结构面切割成大小不同、形状不一的各种岩块，随着地下工程的持续开挖，围岩原有的静力平衡状态被打破，某些暴露在临空面上的病态块体会沿着软弱结构面滑移并导致局部掉块，严重的甚至产生连锁反应，在地下工程一定范围内造成围岩的局部坍塌、失稳，严重影响工程进度，人员、设备的安全。因此，为了保证地下工程施工安全，提高工程建设的效率，地下工程中病态块体的超前地质探测更显重要。
目前，TSP超前地质预报系统采用地震波反射原理，操作简单，能长距离地预报地下工程掌子面前方的地质情况。通过在掘进面后方一定距离内的钻孔中施以微型爆破来发射信号，爆破引发的地震波在岩体中以球面的形式向四周传播，其中一部分向地下工程掌子面前方传播，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面(如断层、破碎带、岩性变化、溶洞和地下水等)时，部分地震信号反射回来，反射信号经接收传感器转换成电信号并放大，对反射信号进行相应的计算就可确定不良地质体相关参数。
块体理论是基于岩体为含有大量结构面的岩石所组成的结构体提出的，其是一种结构分析方法，是借助于拓扑学，集合论，几何学和矢量代数学建立的，其基本假定为：①结构面为平面；②不考虑岩石块体本身的强度破坏；③结构体为刚体；④岩体的失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生剪切滑移。可视化块体稳定性分析程序UNWEDGE，是由加拿大多伦多大学E.Hock等开发的，是基于块体理论编制的，适合于岩体洞室的开挖稳定性分析。它假定结构面切割形成的块体为四面体(主要的块体形式)，即由三组结构面和临空面组成，并将结构体视为刚体。其程序假定条件来自于块体理论的假设依据，该程序采用稳定性系数来表示块体稳定性。
TSP超前地质预报系统对现场采集到的TSP数据，通过后处理软件进行处理，可获得P，SH和SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、岩石物理力学参数、各反射层能量大小等成果，对获得的成果进行解译，可以预测前方的软弱带、破碎带、断层、含水情况等。TSP系统虽然在地下工程超前预报中广泛应用，但并没有结合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行预测。如何在地下工程中采用TSP系统和块体理论对地下工程掌子面前方的病态块体进行超前预测，是目前亟待解决的一个技术难题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，本发明在TSP系统基础上，以TSP的探测结果为原始数据，融合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行准确的预测预警，准确、高效的判别前方围岩情况，降低由病态块体引发的隧道塌方失稳灾害的概率，有力的指导地下工程的现场施工，保障工程一线的施工安全。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，包括以下步骤：
(1)TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别，删除无效数据；
(2)对TSP探测的数据进行处理，获取掌子面前方岩体结构面的三维显示图，定位掌子面前方可能发育病态块体的结构面组以及结构面组产状提取；
(3)将提取的结构面组的产状数据输入运用块体理论分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性；
(4)结合勘探资料以及步骤(2)和步骤(3)的分析结果对掌子面前方病态块体进行综合超前预测。
进一步，所述步骤(1)中，设定干扰阈值，对数据有效性进行判别是对在现场测试过程中选取对数据干扰小于设定的干扰阈值的信号。
所述步骤(2)中，根据TSP系统数据得到掌子面前方岩体的深度偏移图、三维显示图、产状数据和岩体2D物性图，结合前期的勘探资料和TSP系统处理后生成的深度偏移图对掌子面前方围岩情况进行分析并做出初步预测。
进一步的，前方围岩情况具体包括断层、破碎带或/和含水情况。
所述步骤(2)中，利用生成的三维显示图观察出掌子面前方节理、裂隙的发育情况，并在三维显示图可对异常结构面进行标记，结合勘探资料和TSP系统处理的三维显示图分析地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组。
所述步骤(2)中，将三维显示图中掌子面前方的里程桩号进行标注和显示，通过三维显示图中自动显示掌子面前方的里程桩号，对识别的掌子面前方可能发育病态块体的结构面组进行定位，并在TSP系统提取该结构面组的产状信息。
所述步骤(3)中，块体理论将结构面视为平面，不考虑岩石块体本身的强度破坏，将结构体视为刚体，同时假定岩体的失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生剪切滑移。
所述步骤(3)中，使用UNWEDGE软件中进行块体理论分析，将提取的地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组的产状信息输入UNWEDGE软件中，分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性。
所述步骤(4)中，综合超前地质预测是指经过步骤(3)计算块体的安全系数，若安全系数大于1则认为该块体为稳定块体；若安全系数小于1则认为该块体为病态块体，存在塌方风险。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明是基于TSP系统和块体理论提出的一种地下洞室掌子面前方病态块体超前预测的方法。这种方法以TSP的探测结果为原始数据，融合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行准确的预测预警，提高对不稳定块体预报的准确率，有力的指导地下工程的现场施工，保障工程一线的施工安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明方法实现流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在TSP系统虽然在地下工程超前预报中广泛应用，但并没有结合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行预测的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法。在TSP系统基础上，以TSP的探测结果为原始数据，融合块体理论对地下工程掌子面前方病态块体进行准确的预测预警，准确、高效的判别前方围岩情况，降低由病态块体引发的隧道塌方失稳灾害的概率，有力的指导地下工程的现场施工，保障工程一线的施工安全。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别；
步骤二：使用对应的TSP后处理软件对TSP探测的数据进行处理；
(1)对TSP系统数据处理后，可得到掌子面前方岩体的深度偏移图、三维显示图、产状数据和岩体2D物性图。
(2)结合前期的勘探资料和TSP系统处理后生成的深度偏移图对掌子面前方围岩情况(断层、破碎带、含水情况等)进行分析并做出初步预测。
步骤三：分析地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组；
(1)三维显示图可以形象直观地观察出掌子面前方节理、裂隙的发育情况，并在三维显示图可对异常结构面进行标记。
(2)结合前期的勘探资料和TSP系统处理的三维显示图分析地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组。
步骤四：定位掌子面前方可能发育病态块体的结构面组以及结构面组产状提取；
(1)三维显示图中自动显示掌子面前方的里程桩号。
(2)通过三维显示图中自动显示掌子面前方的里程桩号，对步骤三中识别的掌子面前方可能发育病态块体的结构面组进行定位，并在TSP系统提取该结构面组的产状信息。
步骤五：运用块体理论分析掌子面前方可能发育病态块体的位置及其稳定性；
(1)块体理论是一种结构分析方法，是借助于拓扑学，集合论，几何学和矢量代数学建立的，其基本假定为：①结构面为平面；②不考虑岩石块体本身的强度破坏；③结构体为刚体；④岩体的失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生剪切滑移。
(2)可视化块体稳定性分析程序UNWEDGE，是由加拿大多伦多大学E.Hock等开发的，是基于块体理论提出的，适合于岩体洞室开挖的稳定性分析，其程序假定条件来自于块体理论的假设依据。
(3)将提取的地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组的产状信息输入UNWEDGE软件中，软件可自动分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性。
步骤六：综合解译。
结合步骤四和步骤五分析得到的成果，对地下工程掌子面前方病态块体进行预测预警，判别掌子面前方存在塌方风险的位置及其可能性，降低由病态块体引发的隧道塌方失稳灾害的概率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)TSP系统现场采集数据，并对数据的有效性进行判别，删除无效数据；
(2)对TSP探测的数据进行处理，获取掌子面前方岩体结构面的三维显示图，定位掌子面前方可能发育病态块体的结构面组以及结构面组产状提取；
(3)将提取的结构面组的产状数据输入，使用UNWEDGE软件中进行块体理论分析，将提取的地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组的产状信息输入UNWEDGE软件中，分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性；
(4)结合勘探资料以及步骤(2)和步骤(3)的分析结果对掌子面前方病态块体进行综合超前预测。
2.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(1)中，设定干扰阈值，对数据有效性进行判别是对在现场测试过程中选取对数据干扰小于设定的干扰阈值的信号。
3.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据TSP系统数据得到掌子面前方岩体的深度偏移图、三维显示图、产状数据和岩体2D物性图，结合前期的勘探资料和TSP系统处理后生成的深度偏移图对掌子面前方围岩情况进行分析并做出初步预测。
4.如权利要求3所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：前方围岩情况具体包括断层、破碎带或/和含水情况。
5.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(2)中，利用生成的三维显示图观察出掌子面前方节理、裂隙的发育情况，并在三维显示图对异常结构面进行标记，结合勘探资料和TSP系统处理的三维显示图分析地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组。
6.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(2)中，将三维显示图中掌子面前方的里程桩号进行标注和显示，通过三维显示图中自动显示掌子面前方的里程桩号，对识别的掌子面前方可能发育病态块的结构面组进行定位，并在TSP系统提取该结构面组的产状信息。
7.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(3)中，块体理论将结构面视为平面，不考虑岩石块体本身的强度破坏，将结构体视为刚体，同时假定岩体的失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生剪切滑移。
8.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(3)中，使用UNWEDGE软件中进行块体理论分析，将提取的地下工程掌子面前方可能发育病态块体的结构面组的产状信息输入UNWEDGE软件中，分析结构面组和隧道临空面形成的不稳定块体的位置，并判断形成的病态块体的稳定性。
9.如权利要求1所述的一种基于TSP系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法，其特征是：所述步骤(4)中，综合超前地质预测是指经过步骤(3)计算块体的安全系数，若安全系数大于1则认为该块体为稳定块体；若安全系数小于1则认为该块体为病态块体，存在塌方风险。
CN201711017323.1A 2017-10-26 2017-10-26 基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法 Active CN107832505B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711017323.1A CN107832505B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711017323.1A CN107832505B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107832505A CN107832505A (zh) 2018-03-23
CN107832505B true CN107832505B (zh) 2020-12-18

Family

ID=61649701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711017323.1A Active CN107832505B (zh) 2017-10-26 2017-10-26 基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107832505B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104656124A (zh) * 2015-02-06 2015-05-27 山东大学 一种基于物探方法的多参量综合岩爆预测方法
CN106285465A (zh) * 2016-10-27 2017-01-04 山东大学 一种适用于tsp炮孔钻孔的装置及方法
CN106777556A (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 武汉理工大学 一种评估边坡开挖期稳定状态的空间分析方法
CN107035403A (zh) * 2016-12-13 2017-08-11 中铁隧道集团有限公司 一种高瓦斯及瓦斯突出隧道非防爆无轨运输方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104656124A (zh) * 2015-02-06 2015-05-27 山东大学 一种基于物探方法的多参量综合岩爆预测方法
CN106285465A (zh) * 2016-10-27 2017-01-04 山东大学 一种适用于tsp炮孔钻孔的装置及方法
CN106777556A (zh) * 2016-11-29 2017-05-31 武汉理工大学 一种评估边坡开挖期稳定状态的空间分析方法
CN107035403A (zh) * 2016-12-13 2017-08-11 中铁隧道集团有限公司 一种高瓦斯及瓦斯突出隧道非防爆无轨运输方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Study on the TSP Method Application in Tongluo Mountain Tunnel";CHEN Yufeng et al.;《Physical and Numerical Simulation of Geotechnical Engineering》;20120331(第6期);第50-54页 *
"块体理论及Unwedge程序在地下洞室稳定性分析中的应用";李小昌;《中原工学院学报》;20140625;第25卷(第3期);第38-42页 *
"基于近景摄影测量法超前预报掘进隧洞中的不稳定块体";王中锋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20081215(第12期);C034-315 *
"雪峰山公路隧道的超前预测预报研究";马亢 等;《岩土力学》;20080510;第30卷(第5期);第1381-1385页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107832505A (zh) 2018-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11634987B2 (en) Safety early warning method and device for full-section tunneling of tunnel featuring dynamic water and weak surrounding rock
CN108710732B (zh) 一种盾构刀具服役期磨损的评估和预测方法
CN102102533B (zh) 煤岩动力灾害空间几何信息实时测量的预测方法
CN110174463B (zh) 一种工作面三向采动应力场的无损定量测试方法
CN111042866B (zh) 一种多物理场协同的突水监测方法
CN106501848A (zh) 一种隧道掘进过程中隐性断层超前物探方法
CN112177617A (zh) 高压富水断层隧道施工超前地质预报预测方法及系统
CN116591777B (zh) 多场多源信息融合的冲击地压智能化监测预警装置及方法
Wu et al. Rapid intelligent evaluation method and technology for determining engineering rock mass quality
CN108226998B (zh) 基于tsp系统和岩体随机不连续面三维网络的地质超前预测方法
Li et al. Multi-parameter numerical simulation of dynamic monitoring of rock deformation in deep mining
CN107832505B (zh) 基于tsp系统和块体理论的地下工程病态块体超前预测方法
CN111881236A (zh) 采场可视化的实现方法和装置
Zvarivadza et al. In-stope pillar scaling and fracturing in Southern African deep level gold mines
Sengani The performance of bolt-reinforced and shotcreted in-stope pillar in a rockburst prone areas
CN111505733A (zh) 一种地下工程裂隙岩体赋存特殊地质体多源异构信息融合分析与动态预测方法
CN105045969A (zh) 一种地应力型冲击地压危险性多元信息耦合预测方法
Severin Impact of faults and fault damage zones on large open pit slopes
Gutierrez et al. An IT-based system for planning, designing and constructing tunnels in rocks
CN116484186B (zh) 一种基于多场耦合的冲击地压智能预警方法及装置
Gao et al. Development status of digital detection technology for unfavorable geological structure of submarine tunnel
Severin et al. Open pit numerical model calibration using a pseudo three-dimensional radar monitoring technique
CN212460066U (zh) 一种基于trt的隧道施工超前地质预报系统
CN103093041A (zh) 工程岩体非贯通结构面识别及其确定方法
Liu Characterisation of block cave mining secondary fragmentation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant