CN113221228A - 水电站地下洞群围岩力学参数反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩体工程技术领域，具体涉及一种水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，实现了对地下洞群施工期动态多阶段以及实时性需求的参数反演。技术方案概括为：根据水电站地下洞群区对应数据建立地下洞群的FLAC3D三维数值模拟模型；对三维数值模拟模型施加应力场；将参数取值样本方案输入到三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算；获取各多点位移计的相对位移增量计算值，并根据相对位移增量计算值得到该多点位移计对应的“力学参数‑围岩位移”样本；再根据“力学参数‑围岩位移”样本，得到对应的支持向量回归模型；然后建立目标优化函数，根据函数进行参数反演取值，本发明适用于水电站地下洞群围岩力学参数反演。

Description

水电站地下洞群围岩力学参数反演方法

技术领域

本发明涉及岩体工程技术领域，具体涉及一种水电站地下洞群围岩力学参数反演方法。

背景技术

西南地区在建或规划的水电站地处具有复杂构造地质背景的深切河谷地区，由于岸坡陡峭，引水发电系统只能被放置在两岸山体中，由于需在有限的空间内布置规模不等、数量众多的洞室，因而形成了体型巨大而结构复杂的地下洞群体系。

由于洞群系统各个洞室之间存在相互影响，不同开挖方案下因应力路径的不同会导致洞室应力与变形分布上存在一定差异，再加之岩体材料地质赋存上的复杂性，因而对大型、复杂洞室群开展变形稳定性分析必须借助数值模拟技术。复杂地下洞群开挖数值模拟能够全面反映地下洞群总体变形破坏特征，并且能够‘预演’或‘再现’开挖过程中的变形破坏动态演化过程，这对于开挖支护方案的初步设计以及施工期的开挖支护动态调整是至关重要的。

然而，数值模拟计算结果的可靠性很大程度上取决于模型中所选取的各类岩体物理力学参数。室内实验所得力学参数由于尺度效应不能直接用于数值模拟，地质专业基于室内试验结果并结合岩体质量分级评价而推荐的岩体力学参数也因人为因素影响而不太可靠，因此，利用洞室开挖施工期获取的现场变形量测信息，通过位移反分析得到的岩体力学参数才有意义，也更接近实际岩体的真实力学参数。

洞室的开挖必然导致洞周损伤，形成开挖松弛区，相较于未扰动岩体，松弛区内岩体的变形和强度参数出现不同程度的弱化。为了在围岩参数反演分析中考虑这一实际情况，目前的做法是将洞周围岩处理为多层介质模型，在洞群开挖模型中预先划分出洞周松弛区。这种将松弛区边界面视为特殊的岩性分界面，采用常规方法完成有限元建模的做法，仅适用于静态反馈分析或终了阶段反馈分析，原因在于当松弛区边界发生变动时，必须修改模型，包括重新剖分网格、反演地应力场以及开挖模拟计算，这一过程极为耗时，难以适应施工期动态多阶段参数反演的实时性需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，实现了对地下洞群施工期动态多阶段以及实时性需求的参数反演。

本发明采取如下技术方案实现上述目的，水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，包括：

步骤1、根据水电站地下洞群区对应数据建立地下洞群的FLAC3D三维数值模拟模型；

步骤2、根据水电站地下洞群区实测地应力数据反演地下洞群区三维初始地应力场，并将应力场施加到FLAC3D三维数值模拟模型中；

步骤3、确定待反演参数取值样本方案；

步骤4、将参数取值样本方案输入到施加了应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，从各开挖模拟步计算结果中提取各多点位移计的相对位移计算值；

步骤5、获取对应所有样本方案的多点位移计的相对位移增量计算值，得到该多点位移计对应的“力学参数-围岩位移”样本；

步骤6、根据多点位移计的“力学参数-围岩位移”样本，得到该多点位移计对应的支持向量回归模型；

步骤7、根据本阶段参数反演所选取的多点位移计监测数据以及该多点位移计对应的支持向量回归模型，建立反演问题目标优化函数：

x为一组待反演力学参数取值，

为对应第i个多点位移计的支持向量回归模型所预测的位移，

为第i个多点位移计的实测位移，N为用于本阶段参数反演的多点位移计个数；

步骤8、将目标优化函数的极小值对应的力学参数值作为本阶段参数反演参数的取值。

进一步的是，还包括：

步骤9、将本阶段参数反演参数的取值输入到施加了初始地应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，提取对应多点位移计的模拟计算位移，将对应实测位移与模拟计算位移进行对比，根据对比结果检验该反演参数。

进一步的是，在步骤1中，所述水电站地下洞群区对应数据包括：水电站地下洞群区地质图件、洞室结构与洞群布置图、洞群开挖支护图以及洞群分层开挖时序图。

进一步的是，在步骤2中，所述反演地下洞群区三维初始地应力场的具体方法包括：采用回归分析法或优化荷载边界法反演地下洞群区三维初始地应力场。

进一步的是，在步骤3中，所述确定待反演参数取值样本方案的具体方法包括：采用正交设计方法确定待反演参数取值样本方案。

进一步的是，在步骤4中，所述相对位移为沿多点位移计测孔方向上的孔口相对孔底的位移值，从开挖模拟结果中提取的相对位移则称为相对位移计算值。

进一步的是，在步骤4中，所述洞群开挖支护模拟计算的具体方法包括：对洞周松弛区进行动态建模以及确定松弛区围岩变形与强度参数；

所述对洞周松弛区进行动态建模的具体方法包括：根据沿洞轴向多个声波检测断面上的检测结果，通过Catia软件形成松弛区边界的封闭包络面，再通过空间关系分析对该封闭包络面内外的单元进行区分；

所述空间关系分析的具体方法包括：将以stl格式文件存储的描述松弛区空间形态的包络面几何信息处理成易于读取的文本文件格式，再利用FLAC3D三维数值模拟模型的脚本编程语言FISH编写空间关系分析函数，使用该分析函数遍历三维数值模拟模型中的所有单元，并判断该单元在松弛区内部还是外部；若在松弛区内部且不属于开挖体，则将其归入洞周松弛区单元组。

所述空间关系分析函数的判断流程包括：

步骤601、构造从单元中心点O发出的一条射线，射线方向为d，并初始化计数变量count＝0；

步骤602、循环计算该射线与构成包络面的每一个三角面片的交点P，三角面片用(v₁，v₂，v₃，n)表示，v_i为三角面的顶点，i＝1,2,3，n为三角面的法向量，

步骤603、判断交点P是否满足不等式组：

若满足，则判定交点P在三角面内，并令count＝count+1；

步骤604、循环计算与判断结束后，若计数变量count为奇数，则标记该单元在松弛区内。

所述确定松弛区围岩变形与强度参数的具体方法包括：

步骤(1)、根据具体工程所涉及的岩体，选用对应的估算岩体弹性模量的经验公式；

具体选用方法包括：岩体类别不详选择公式：

花岗岩选择公式：E_m＝0.01(V_p)^4.8；变质砂岩、二长岩选择公式：E_m＝0.0238(V_p)^4.3266；

然后将具体工程各类岩体实测的开挖前后岩体波速代入所选经验公式中，计算开挖前、后弹模比值r_E，r_E＝E_m(V_p')/E_m(V_p)，将开挖前岩体弹模乘以r_E即可确定松弛区岩体弹模，根据松弛区岩体弹模确定松弛区围岩变形参数；V_p'、V_p分别为开挖前后岩体波速，单位km/s，E_m为岩体弹模估算值，单位为GPa；

步骤(2)、确定屈服准则；当采用M-C屈服准则时，采用如下的声波波速下降幅度与岩体强度参数变化幅度之间的关系，按如下确定黏聚力与内摩擦角：

当声波波速下降5％～8％时，黏聚力值降低15％～25％，内摩擦角值升高14％～32％；

当声波波速下降10％～30％时，黏聚力值降低25％～40％，内摩擦角值降低5％～30％；

黏聚力与内摩擦角即为松弛区围岩强度参数；

当采用H-B屈服准则时，依据开挖前、后岩体波速，按照：

确定洞周松弛区岩体扰动参数D；

进一步再按照

确定松弛区岩体H-B准则参数m_b和s，m_b和s即为松弛区围岩强度参数；GSI为地质强度指标值，m_i为完整岩石的H-B准则常数。

进一步的是，在步骤5中，所述获取各多点位移计的相对位移增量计算值的具体方法包括：

根据当前开挖施工阶段状态，选取用于本阶段参数反演的多点位移计，对每一个入选的多点位移计，根据多点位移计监测时段的开始与结束时点的洞群开挖状态，在数值模拟模型中找到对应的开挖模拟步，将对应监测时段结束时点的相对位移计算值减去对应监测时段开始时点的相对位移计算值，即得到多点位移计相对位移增量计算值。

进一步的是，在步骤8中，目标优化函数的极小值的获取方法包括：引入混合模式搜索法的粒子群-差异进化杂交优化算法对目标优化函数进行迭代寻优，得到极小值。

本发明根据地下洞群施工期各个阶段参数反演所选取的多点位移计监测数据以及该多点位移计对应的支持向量回归模型，建立了反演问题目标优化函数，再将目标优化函数极小值对应的力学参数值作为本阶段参数反演参数的取值，实现了适应复杂地下洞群施工期动态多阶段以及实时性需求的参数反演。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明实施例的两河口水电站地下洞群三维有限差分模型；

图3是本发明实施例的两河口水电站地下洞群开挖分层示意图；

图4是本发明实施例的两河口水电站地下洞群用于声波检测的长观孔典型断面布置图；

图5是本发明实施例中洞周松弛区边界轮廓时变演化图；

图6是本发明实施例中S5开挖模拟步的洞周松弛区单元识别结果图；

图7是本发明实施例中用于参数反演的多点位移计空间位置示意图；

图8是本发明实施例中实测位移与基于第一次反演参数的计算位移对比；

图9是本发明实施例中S9开挖模拟步的洞周松弛区单元识别结果图；

图10是本发明实施例中实测位移与基于第二次反演参数的计算位移对比。

附图中，100为厂房，101为主变室，102为调压室，102-1为1号调压室，102-2为2号调压室，103为尾调室，103-1为1号尾调室，103-2为2号尾调室，104为母线洞，105为洞周松弛区边界轮廓，201为Ⅲ1类岩体，202为Ⅲ2类岩体。

具体实施方式

本发明水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其方法流程图如图1包括：

步骤101、根据水电站地下洞群区对应数据建立地下洞群的FLAC3D三维数值模拟模型；

步骤102、根据水电站地下洞群区实测地应力数据反演地下洞群区三维初始地应力场，并将应力场施加到FLAC3D三维数值模拟模型中；

步骤103、确定待反演参数取值样本方案；

步骤104、将参数取值样本方案输入到施加了应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，从各开挖模拟步计算结果中提取各多点位移计相对位移的计算值；

步骤105、获取对应所有样本方案的多点位移计的相对位移增量计算值，形成该多点位移计对应的“力学参数-围岩位移”样本；

步骤106、根据多点位移计的“力学参数-围岩位移”样本，得到该多点位移计对应的支持向量回归模型；

步骤107、根据本阶段参数反演所选取的多点位移计监测数据以及该多点位移计对应的支持向量回归模型，建立反演问题目标优化函数：

x为一组待反演力学参数取值，

为对应第i个多点位移计的支持向量回归模型所预测的位移，

为第i个多点位移计的实测位移，N为用于本阶段参数反演的多点位移计个数；

步骤108、将目标优化函数的极小值对应的力学参数值作为本阶段参数反演参数的取值。

为了实现对反演参数取值的检验，还包括：

步骤109、将本阶段参数反演参数的取值输入到施加了初始地应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，提取对应多点位移计的模拟计算位移，将对应实测位移与模拟计算位移进行对比，根据对比结果检验该反演参数。

步骤101中，所述水电站地下洞群区对应数据包括：水电站地下洞群区地质图件、洞室结构与洞群布置图、洞群开挖支护图以及洞群分层开挖时序图。

步骤102中，所述反演地下洞群区三维初始地应力场的具体方法包括：采用回归分析法或优化荷载边界法反演地下洞群区三维初始地应力场。

步骤103中，所述确定待反演参数取值样本方案的具体方法包括：采用正交设计方法确定待反演参数取值样本方案。

步骤104中，所述相对位移为地下洞群中的沿多点位移计测孔方向上的孔口相对孔底的位移值，从开挖模拟结果中提取的相对位移则称为相对位移计算值；

洞群开挖支护模拟计算的具体方法包括：对洞周松弛区进行动态建模以及确定松弛区围岩变形与强度参数；

水电工程大型洞室的洞周围岩松弛区是随着开挖下卧的进行而不断扩大的，并且可以通过声波检测确定松弛区的边界。

本发明对洞周松弛区进行动态建模的具体方法包括：根据沿洞轴向多个声波检测断面上的检测结果，通过Catia软件形成松弛区边界的封闭包络面，再通过空间关系分析对该封闭包络面内外的单元进行区分；最终实现将洞周松弛区作为一类特殊的岩体划分出来的目的。由于这种做法系在不改变原始模型网格剖分的前提下，对洞周松弛区围岩单元进行识别并进行单元二次分组(以方便下一步松弛区围岩力学参数赋值)，可以在开挖模拟过程中随松弛区形态的变化而不断对模型进行更新，因此在本技术方案中称为松弛区动态建模，以区别于那种在模型中预先划分出洞周松弛区的传统的静态建模方法。

空间关系分析的具体方法包括：将以stl格式文件存储的描述松弛区空间形态的包络面几何信息(实际为三角面片几何信息)处理成易于读取的文本文件格式(文件首行为三角面总个数，其后每行为三角面信息，包含三个顶点坐标及三角面的法向矢量)，再利用FLAC3D三维数值模拟模型的脚本编程语言FISH编写空间关系分析函数，使用该分析函数遍历三维数值模拟模型中的所有单元，并判断该单元在松弛区内部还是外部；若在松弛区内部且不属于开挖体，则将其归入洞周松弛区单元组，这样就达到了将洞周松弛区作为一类特殊的岩体划分出来的目的。

空间关系分析函数的判断流程包括：

步骤601、构造从单元中心点O发出的一条射线，射线方向为d，并初始化计数变量count＝0；

步骤602、循环计算该射线与构成包络面的每一个三角面片的交点P，三角面片用(v₁，v₂，v₃，n)表示，v_i为三角面的顶点，i＝1,2,3，n为三角面的法向量，

步骤603、判断交点P是否满足不等式组：

若满足，则判定交点P在三角面内，并令count＝count+1；

步骤604、循环计算与判断结束后，若计数变量count为奇数，则标记该单元在松弛区内。

确定松弛区围岩变形与强度参数的具体方法包括：

(1)根据具体工程所涉及的岩体，选用对应的估算岩体弹性模量的经验公式：

适用岩体类别不详；E_m＝0.01(V_p)^4.8适用于花岗岩；E_m＝0.0238(V_p)^4.3266适用于变质砂岩、二长岩；将具体工程各类岩体实测的开挖前后岩体波速代入所选经验公式中，计算开挖前、后弹模比值r_E，r_E＝E_m(V_p')/E_m(V_p)，将开挖前岩体弹模乘以r_E即可确定松弛区岩体弹模；V_p'、V_p分别为开挖前后岩体波速，单位km/s，E_m为岩体弹模估算值，单位为GPa；

围岩变形参数包括弹性模量和泊松比，由于泊松比一般不进行反演，因此待反演的围岩变形参数只有弹性模量这一项。

(2)确定屈服准则；当采用M-C屈服准则时，采用如下的声波波速下降幅度与岩体强度参数变化幅度之间的关系，按如下确定黏聚力与内摩擦角：

当声波波速下降5％～8％时，黏聚力值降低15％～25％，内摩擦角值升高14％～32％；

当声波波速下降10％～30％时，黏聚力值降低25％～40％，内摩擦角值降低5％～30％；

黏聚力与内摩擦角即为松弛区围岩强度参数；

当采用H-B屈服准则时，依据开挖前、后岩体波速，按照：

确定洞周松弛区岩体扰动参数D；

进一步再按照

确定松弛区岩体H-B准则参数m_b和s，m_b和s即为松弛区围岩强度参数；GSI为地质强度指标值，m_i为完整岩石的H-B准则常数，其它参数含义同上。

步骤105中，所述获取各多点位移计的相对位移增量计算值的具体方法包括：

根据当前开挖施工阶段状态，选取用于本阶段参数反演的多点位移计，对每一个入选的多点位移计，根据多点位移计监测时段的开始与结束时点的洞群开挖状态，在数值模拟模型中找到对应的开挖模拟步，将对应监测时段结束时点的相对位移计算值减去对应监测时段开始时点的相对位移计算值，即得到多点位移计相对位移增量计算值。

步骤106中，采用支持向量回归机建立“力学参数-围岩位移”二者之间的非线性映射关系数学模型，用于迭代寻优过程中代替开挖模拟计算，预测力学参数取值迭代调整后对应的位移计测点计算位移值。支持向量回归机属于目前较为流行的机器学习方法，相较于响应面法、BP神经网络，SVR能根据有限的样本信息在模型复杂度和学习能力间寻求最佳折衷，从而保证其具有较好的泛化性能，因此具备更好的预测精度和鲁棒性。

步骤108中，目标优化函数的极小值的获取方法包括：引入混合模式搜索法的粒子群-差异进化杂交优化算法对目标优化函数进行迭代寻优，得到极小值。

将模式搜索法这类局部优化算法混入到粒子群-差异进化这类全局优化算法中，即每隔若干(如20、40、60)演化代，以每一粒子邻居群历史最优位置为初始点执行模式搜索法，这种混合优化算法可以有效改善基本粒子群-差异进化算法的局部搜索能力。

实施例：本发明以两河口水电站地下厂房洞群工程为例，提出了一种考虑洞周松弛区的复杂地下洞群围岩力学参数反演方法，包括以下步骤：

步骤一、根据两河口水电站地下厂房区工程地质条件、洞室群布置设计、支护设计以及拟定的开挖时序建立厂房洞群三维有限差分模型，如图2，该模型中包括了厂房100、主变室101、调压室102等主要洞室，调压室102包括1号调压室102-1以及2号调压室102-2,；模型内围岩类别以Ⅲ1类岩体201为主，局部为Ⅲ2类岩体202；围岩本构模型设为采用莫尔-库伦屈服准则的理想弹塑性模型。洞群分层开挖断面图见图3，包括厂房100、主变室101、尾调室103以及母线洞104；

图3中洞群分层开挖模拟步为：S1：Ⅰ，Ⅱ，A，1；S2:Ⅲ,B,2；S3：a,3；S4：Ⅳ，C，b，4；S5:5，S6:Ⅴ,6；S7:7；S8：8；S9：Ⅵ，9；S10:10；S11:Ⅶ,11；S12：Ⅷ，12；S13：Ⅸ。

厂房100、主变室101和尾调室103洞周用于声波检测的长观孔典型断面布置图见图4；

步骤二、采用优化荷载边界法反演获得三维模型初始地应力场；

步骤三、将Ⅲ1、Ⅲ2两类岩体的弹性模量(E)、内摩擦角(φ)、粘聚力(c)作为待反演力学参数，参数搜索区间设定见表1。利用SPSS软件生成6因素4水平的正交设计方案，方案总数共计25个。

表1待反演围岩力学参数搜索范围

步骤四、在厂房第Ⅳ层开挖完毕、母线洞104和主变室101全部开挖完毕、尾调室103第5层开挖完毕这一时点(也即模型中截止S5开挖模拟步时的开挖状态)，进行第一次考虑洞周松弛区的参数反演。为此，首先从物探检测报告中获取对应S1、S3和S5开挖模拟步时的洞周长观孔声波检测得到的松弛区深度数据，进而利用Catia软件生成松弛区空间形态文件(stl格式)，典型断面的洞周松弛区边界轮廓时变演化见图5，图5中Edz-S1，Edz-S3，…，Edz-S9依次为声波检测数据所得到的对应S1，S3，…，S9开挖模拟步的实测洞周松弛区轮廓。

与此同时，从物探检测报告中获取对应S1、S3和S5开挖模拟步时的洞周长观孔声波检测得到的松弛区波速数据，见表2。由松弛区波速统计平均值得到松弛区强度参数调整系数见表3。

表2洞周围岩松弛区波速随开挖而变化的统计平均值表 单位：Km/s

表3洞周围岩松弛区强度参数调整系数随开挖的关系

注：表2和表3中，对应S7、S9开挖模拟步的数据将用于第二次参数反演，非第一次反演所用。

逐一对25个参数取值设计方案形成相应的洞群分步开挖FLAC3D命令文件并进行计算(截止到S5模拟步)，其中在S1、S3和S5开挖模拟步时使用空间关系分析FISH函数及洞周松弛区空间形态stl文件识别出松弛区单元(见图6)，并基于表2、公式

及式r_E＝E_m(V_p')/E_m(V_p)对松弛区单元弹性模量赋值，基于表3对松弛区单元粘聚力和内摩擦角赋值。

步骤五、选取如表4所示位移计实测数据用于第一次(截止S5开挖模拟步的)参数反演，位移计测孔位置见图7。从步骤四得到的洞群分层开挖计算结果中提取25个参数取值方案下对应表4中各个位移计的变形计算值，形成对应各个位移计的‘力学参数-围岩位移’样本，进而得到对应各个位移计的支持向量回归(SVR)模型。

表4第一次反演所用位移计信息

步骤六、采用混合了Hooke-Jeeves模式搜索法的粒子群-差异进化杂交优化算法，以式

为优化问题的目标函数，并以参数取值样本方案为初始粒子种群，进行迭代寻优，搜索到的最优参数取值见表5，此为第一次参数反演结果。

表5第一次参数反演结果

步骤七、使用第一次参数反演结果，形成相应的洞群分步开挖FLAC3D命令文件并进行计算(截止到S5模拟步)，得到位移计测点实测值和基于第一次反演参数的数值模拟计算值对比结果，见图8。由图8可见，实测值与计算值比较吻合，证明了本次反演结果是合理的。

第一次考虑洞周松弛区的参数反演完成后，在厂房第Ⅵ层开挖完毕、尾调室第9层开挖完毕这一时点(也即模型中截止S9开挖模拟步时的开挖状态)，又进行第二次考虑洞周松弛区的参数反演。

第二次参数反演只需重复上述步骤四～步骤七，但第二次反演较之第一次反演时，洞周松弛区空间形态发生改变，见图5和图9，岩体波速及松弛区强度参数调整系数发生改变，见表2、表3，并且采用的位移计及其测值也有变化，见表6。

表6第二次反演所用位移计信息

第二次参数反演结果见表7。位移计测点实测值和基于第二次反演参数的数值模拟计算值对比结果，见图10。

第二次参数反演时，采用表6实测数据进行了不考虑洞周松弛区的参数反演，其结果列于表7。由表7可知，考虑松弛区时，反演所得Ⅲ1类岩体弹性模量值为24.5GPa，相应地，由式

和式r_E＝E_m(V_p′)/E_m(V_p)可得Ⅲ1类岩体松弛区弹性模量值为13.0Gpa，而不考虑松弛区时，反演所得Ⅲ1类岩体弹性模量值为20.1GPa，可见该值介于13.0和24.5之间，这一结果表明应用本发明所提出的方法所得到的参数反演结果是合理的。

表7第二次参数反演结果

本发明的有益效果是：

1.本发明在不改变原始模型网格剖分的前提下，对洞周松弛区围岩单元进行识别并进行单元二次分组，进而依据实测的岩体开挖前后声波波速并利用声波波速与弹模间的经验关系以及声波波速衰减与强度参数变幅间的关系，对松弛区围岩力学参数进行赋值，因而可以在开挖模拟过程中随松弛区空间形态的动态变化而不断对模型进行更新，解决了传统方法无法适应施工期动态多阶段参数反演的实时性需求。

2.本发明还引入支持向量回归机(SVR)建立力学参数与围岩位移二者之间的非线性映射关系模型，用以替代开挖数值模拟计算，并将SVR模型嵌入到混合Hooke-Jeeves模式搜索法的粒子群-差异进化杂交优化算法中计算目标函数以实现迭代优化，从而有效降低了参数反演的耗时，提高了反演效率。

Claims (10)

1.水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，包括：

步骤1、根据水电站地下洞群区对应数据建立地下洞群的FLAC3D三维数值模拟模型；

步骤2、根据水电站地下洞群区实测地应力数据反演地下洞群区三维初始地应力场，并将应力场施加到FLAC3D三维数值模拟模型中；

步骤3、确定待反演参数取值样本方案；

步骤4、将参数取值样本方案输入到施加了应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，从各开挖模拟步计算结果中提取各多点位移计的相对位移计算值；

步骤5、获取对应所有样本方案的多点位移计的相对位移增量计算值，得到该多点位移计对应的“力学参数-围岩位移”样本；

步骤6、根据多点位移计的“力学参数-围岩位移”样本，得到该多点位移计对应的支持向量回归模型；

步骤7、根据本阶段参数反演所选取的多点位移计监测数据以及该多点位移计对应的支持向量回归模型，建立反演问题目标优化函数：

x为一组待反演力学参数取值，

为对应第i个多点位移计的支持向量回归模型所预测的位移，

为第i个多点位移计的实测位移，N为用于本阶段参数反演的多点位移计个数；

步骤8、将目标优化函数的极小值对应的力学参数值作为本阶段参数反演参数的取值。

2.根据权利要求1所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，还包括：

步骤9、将本阶段参数反演参数的取值输入到施加了应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，提取对应多点位移计的模拟计算位移，将对应实测位移与模拟计算位移进行对比，根据对比结果检验该反演参数。

3.根据权利要求1或2所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，在步骤1中，所述水电站地下洞群区对应数据包括：水电站地下洞群区地质图件、洞室结构与洞群布置图、洞群开挖支护图以及洞群分层开挖时序图。

4.根据权利要求3所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，在步骤2中，所述反演地下洞群区三维初始地应力场的具体方法包括：采用回归分析法或优化荷载边界法反演地下洞群区三维初始地应力场。

5.根据权利要求4所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，在步骤3中，所述确定待反演参数取值样本方案的具体方法包括：采用正交设计方法确定待反演参数取值样本方案。

6.根据权利要求5所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，在步骤4中，所述相对位移为沿多点位移计测孔方向上的孔口相对孔底的位移值；所述洞群开挖支护模拟计算的具体方法包括：对洞周松弛区进行动态建模以及确定松弛区围岩变形与强度参数；

所述对洞周松弛区进行动态建模的具体方法包括：根据沿洞轴向多个声波检测断面上的检测结果，通过Catia软件形成松弛区边界的封闭包络面，再通过空间关系分析对该封闭包络面内外的单元进行区分；

所述空间关系分析的具体方法包括：将以stl格式文件存储的描述松弛区空间形态的包络面几何信息处理成易于读取的文本文件格式，再利用FLAC3D三维数值模拟模型的脚本编程语言FISH编写空间关系分析函数，使用该分析函数遍历三维数值模拟模型中的所有单元，并判断该单元在松弛区内部还是外部；若在松弛区内部且不属于开挖体，则将其归入洞周松弛区单元组。

7.根据权利要求6所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，所述空间关系分析函数的判断流程包括：

步骤601、构造从单元中心点O发出的一条射线，射线方向为d，并初始化计数变量count＝0；

步骤602、循环计算该射线与构成包络面的每一个三角面片的交点P，三角面片用(v₁，v₂，v₃，n)表示，v_i为三角面的顶点，i＝1,2,3，n为三角面的法向量，

步骤603、判断交点P是否满足不等式组：

若满足，则判定交点P在三角面内，并令count＝count+1；

步骤604、循环计算与判断结束后，若计数变量count为奇数，则标记该单元在松弛区内。

8.根据权利要求7所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，所述确定松弛区围岩变形与强度参数的具体方法包括：

步骤(1)、根据具体工程所涉及的岩体，选用对应的估算岩体弹性模量的经验公式；

具体选用方法包括：岩体类别不详选择公式：

花岗岩选择公式：E_m＝0.01(V_p)^4.8；变质砂岩、二长岩选择公式：E_m＝0.0238(V_p)^4.3266；

然后将具体工程各类岩体实测的开挖前后岩体波速代入所选经验公式中，计算开挖前、后弹模比值r_E，r_E＝E_m(V_p')/E_m(V_p)，将开挖前岩体弹模乘以r_E即可确定松弛区岩体弹模，根据松弛区岩体弹模确定松弛区围岩变形参数；V_p'、V_p分别为开挖前后岩体波速，单位km/s，E_m为岩体弹模估算值，单位为GPa；

步骤(2)、确定屈服准则；当采用M-C屈服准则时，采用如下的声波波速下降幅度与岩体强度参数变化幅度之间的关系，按如下确定黏聚力与内摩擦角：

当声波波速下降5％～8％时，黏聚力值降低15％～25％，内摩擦角值升高14％～32％；

当声波波速下降10％～30％时，黏聚力值降低25％～40％，内摩擦角值降低5％～30％；

黏聚力与内摩擦角即为松弛区围岩强度参数；

当采用H-B屈服准则时，依据开挖前、后岩体波速，按照：

确定洞周松弛区岩体扰动参数D；

进一步再按照

确定松弛区岩体H-B准则参数m_b和s，m_b和s即为松弛区围岩强度参数；GSI为地质强度指标值，m_i为完整岩石的H-B准则常数。

9.根据权利要求8所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，在步骤5中，所述获取各多点位移计的相对位移增量计算值的具体方法包括：

根据当前开挖施工阶段状态，选取用于本阶段参数反演的多点位移计，对每一个入选的多点位移计，根据多点位移计监测时段的开始与结束时点的洞群开挖状态，在数值模拟模型中找到对应的开挖模拟步，将对应监测时段结束时点的相对位移计算值减去对应监测时段开始时点的相对位移计算值，即得到多点位移计相对位移增量计算值。

10.根据权利要求9所述的水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，在步骤8中，目标优化函数的极小值的获取方法包括：引入混合模式搜索法的粒子群-差异进化杂交优化算法对目标优化函数进行迭代寻优，得到极小值。

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