CN113515840A - 一种岩体开挖扰动区的预测方法以及相关设备 - Google Patents

一种岩体开挖扰动区的预测方法以及相关设备 Download PDF

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CN113515840A CN202110402729.1A CN202110402729A CN113515840A CN 113515840 A CN113515840 A CN 113515840A CN 202110402729 A CN202110402729 A CN 202110402729A CN 113515840 A CN113515840 A CN 113515840A
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Abstract

本发明实施例提供了一种岩体开挖扰动区的预测方法及相关设备，可以提高岩体开挖扰动区的预测精度。该方法包括：对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到第一波速孔深曲线、第二波速孔深曲线、第一钻孔壁图像以及第二钻孔壁图像；根据第一波速孔深曲线以及第二波速孔深曲线确定第一P波速度以及第二P波速度；根据第一钻孔壁图像以及第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值；根据第一P波速度以及第二P波速度对第一初始值以及第二初始值进行校核修订；根据校核修订后的第一初始值以及校核修订后的第二初始值确定目标岩体的力学参数；根据目标岩体的力学参数对目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。

Description

一种岩体开挖扰动区的预测方法以及相关设备
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种岩体开挖扰动区的预测方法以及相关设备。
背景技术
地下工程中的开挖损伤区(Excavation Damage Zone，EDZ)是指开挖后岩体力学和水力性质发生可测量和不可逆转变化的区域。EDZ范围是优化深部洞室开挖支护方案的重要参数。与传统的工程实践和经验方法相比，基于EDZ范围的支护设计可大幅降低支护成本。因此，准确预测深部洞室开挖过程中的EDZ范围对深部地下岩体工程项目具有重要意义。
许多现场测量技术都已经成功应用于深部工程实践中的EDZ测量，其中，超声波测试和钻孔相机观测是应用最为广泛的测量技术。超声波测试获得岩体的P波速度(Vp)可间接反映岩体内部宏观节理发育引起的岩体结构变化，钻孔数码相机可以直观捕捉开挖过程中的岩体内部结构变化。
然而，在复杂深部地下结构中，如高边墙、大跨度洞室和长大隧道工程，由于经济、时间以及现场条件等诸多限制条件，这些原位测量技术只能测量特定测点或断面周围岩体中的EDZ范围，获取不完整的测量数据，进而造成EDZ范围的预测不准确。
发明内容
本发明实施例提供了一种岩体开挖扰动区的预测方法及相关设备，可以提高岩体开挖扰动区的预测精度。
本发明实施例的第一方面提供了一种岩体开挖扰动区的预测方法，该方法包括：
对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
可选地，所述岩体质量等级系统参数包括岩芯指标、节理组数、节理粗糙度系数、节理蚀变系数、节理水折减系数以及地应力折减系数，所述根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值包括：
通过如下公式计算所述岩芯指标：
Figure BDA0003020945290000031
其中，L为钻孔总长度，li为无宏观裂缝的钻孔分段，ai为第i个无宏观裂缝的钻孔分段的权重系数；
对所述第一钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体初始状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
对所述第二钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体开挖状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
根据所述第一钻孔壁图像确定第一钻孔壁涌水量；
根据所述第二钻孔壁图像确定第二钻孔壁涌水量
根据所述第一钻孔壁涌水量评估所述目标岩体初始状态的节理水折减系数；
根据所述第二钻孔壁涌水量评估所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数；
根据弹性理论估计的最大切向应力以及完整岩石的单轴抗压强度评估所述目标岩体初始状态的应力折减系数以及所述目标岩体开挖状态的应力折减系数。
可选地，所述根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订包括：
根据所述第一初始值确定所述目标岩体初始状态的第一岩体质量值；
根据所述第二初始值确定所述目标岩体开挖状态的第二岩体质量值；
根据所述第一P波速度计算所述目标岩体初始状态的第三岩体质量值；
根据所述第二P波速度计算所述目标岩体开挖状态的第四岩体质量值；
当所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值的差异大于第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值的差异大于第二预设值时，调整所述第一初始值和/或所述第二初始值，直至所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值之间的差异小于或等于所述第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值之间的差异小于或等于所述第二预设值。
可选地，所述目标岩体包括初始状态以及开挖状态，所述力学参数包括岩体弹性模量、粘聚力以及摩擦角，所述根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数包括：
通过如下公式评估所述目标岩体初始状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000041
Figure BDA0003020945290000042
Figure BDA0003020945290000043
E0为所述目标岩体初始状态的岩体弹性模量，c0为所述目标岩体初始状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000044
为所述目标岩体初始状态的摩擦角，Q0为所述目标岩体初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000045
为所述目标岩体初始状态的岩体质量值的归一化值，RQD0为校核修正后所述目标岩体初始状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000046
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000047
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000048
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000051
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理水折减系数，SRF0为校核修正后所述目标岩体初始状态的地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度，其中，Q0和
Figure BDA0003020945290000052
通过如下公式计算；
Figure BDA0003020945290000053
Figure BDA0003020945290000054
通过如下公式评估所述目标岩体开挖状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000055
Figure BDA0003020945290000056
Figure BDA0003020945290000057
其中，Ef为所述目标岩体开挖状态的岩体弹性模量，cf为所述目标岩体开挖状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000058
为所述目标岩体开挖状态的摩擦角，Qf为所述目标开挖初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000059
为所述目标岩体开挖状态的岩体质量值的归一化值，RQDf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的岩芯指标，
Figure BDA00030209452900000510
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理组数，
Figure BDA00030209452900000511
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000061
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000062
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数，SRFf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的地应力折减系数，Qf以及
Figure BDA0003020945290000063
通过如下公式计算；
Figure BDA0003020945290000064
Figure BDA0003020945290000065
可选地，所述根据所述力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测包括：
根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标；
根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区。
可选地，所述根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标包括：
通过如下公式计算所述弹性模量劣化指标：
Figure BDA0003020945290000066
其中，EDI为所述弹性模量劣化指标，
Figure BDA0003020945290000067
为所述目标岩体初始状态的围压，σ0为所述目标岩体开挖状态的围压，Vol为所述目标岩体初始状态体积，Vol0为所述目标岩体开挖状态的体积，b和d为通过拟合试验数据得到的常数，k为常数；
通过如下公式计算k：
Figure BDA0003020945290000071
其中，
Figure BDA0003020945290000072
为所述目标岩体初始状态的动态泊松比，vd为所述目标岩体开挖状态的动态泊松比。
可选地，所述根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区包括：
确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值；
将所述目标阈值所对应的等值线内的区域确定为所述目标岩体所对应的开挖扰动区；
所述确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值包括：
通过如下公式计算所述目标阈值：
Figure BDA0003020945290000073
其中，EDImin为所述目标阈值，
Figure BDA0003020945290000074
为目标岩体处于初始状态时的第一P波速度；
Figure BDA0003020945290000075
为目标岩体处于初始损伤时的P波速度。
本发明实施例第二方面提供了一种岩体开挖扰动区预测装置，包括：
处理单元，用于对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
第一确定单元，用于根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
第二确定单元，用于根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
修订单元，用于根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
第三确定单元，用于根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
预测单元，用于根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
可选地，所述岩体质量等级系统参数包括岩芯指标、节理组数、节理粗糙度系数、节理蚀变系数、节理水折减系数以及地应力折减系数，所述第二确定单元具体用于：
通过如下公式计算所述岩芯指标：
Figure BDA0003020945290000081
其中，L为钻孔总长度，li为无宏观裂缝的钻孔分段，ai为第i个无宏观裂缝的钻孔分段的权重系数；
对所述第一钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体初始状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
对所述第二钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体开挖状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
根据所述第一钻孔壁图像确定第一钻孔壁涌水量；
根据所述第二钻孔壁图像确定第二钻孔壁涌水量
根据所述第一钻孔壁涌水量评估所述目标岩体初始状态的节理水折减系数；
根据所述第二钻孔壁涌水量评估所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数；
根据弹性理论估计的最大切向应力以及完整岩石的单轴抗压强度评估所述目标岩体初始状态的应力折减系数以及所述目标岩体开挖状态的应力折减系数。
可选地，所述修订单元具体用于：
根据所述第一初始值确定所述目标岩体初始状态的第一岩体质量值；
根据所述第二初始值确定所述目标岩体开挖状态的第二岩体质量值；
根据所述第一P波速度计算所述目标岩体初始状态的第三岩体质量值；
根据所述第二P波速度计算所述目标岩体开挖状态的第四岩体质量值；
当所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值的差异大于第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值的差异大于第二预设值时，调整所述第一初始值和/或所述第二初始值，直至所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值之间的差异小于或等于所述第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值之间的差异小于或等于所述第二预设值。
可选地，所述目标岩体包括初始状态以及开挖状态，所述力学参数包括岩体弹性模量、粘聚力以及摩擦角，所述第三确定单元具体用于：
通过如下公式评估所述目标岩体初始状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000101
Figure BDA0003020945290000102
Figure BDA0003020945290000103
E0为所述目标岩体初始状态的岩体弹性模量，c0为所述目标岩体初始状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000104
为所述目标岩体初始状态的摩擦角，Q0为所述目标岩体初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000105
为所述目标岩体初始状态的岩体质量值的归一化值，RQD0为校核修正后所述目标岩体初始状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000106
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000107
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000108
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000109
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理水折减系数，SRF0为校核修正后所述目标岩体初始状态的地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度，其中，Q0和
Figure BDA00030209452900001012
通过如下公式计算；
Figure BDA00030209452900001010
Figure BDA00030209452900001011
通过如下公式评估所述目标岩体开挖状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000111
Figure BDA0003020945290000112
Figure BDA0003020945290000113
其中，Ef为所述目标岩体开挖状态的岩体弹性模量，cf为所述目标岩体开挖状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000114
为所述目标岩体开挖状态的摩擦角，Qf为所述目标开挖初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000115
为所述目标岩体开挖状态的岩体质量值的归一化值，RQDf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000116
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000117
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000118
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000119
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数，SRFf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的地应力折减系数，Qf以及
Figure BDA00030209452900001110
通过如下公式计算；
Figure BDA00030209452900001111
Figure BDA0003020945290000121
可选地，所述预测单元具体用于：
根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标；
根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区。
可选地，所述预测单元根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标包括：
通过如下公式计算所述弹性模量劣化指标：
Figure BDA0003020945290000122
其中，EDI为所述弹性模量劣化指标，
Figure BDA0003020945290000123
为所述目标岩体初始状态的围压，σ0为所述目标岩体开挖状态的围压，Vol为所述目标岩体初始状态体积，Vol0为所述目标岩体开挖状态的体积，b和d为通过拟合试验数据得到的常数，k为常数；
通过如下公式计算k：
Figure BDA0003020945290000124
其中，
Figure BDA0003020945290000125
为所述目标岩体初始状态的动态泊松比，vd为所述目标岩体开挖状态的动态泊松比。
可选地，所述预测单元根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区包括：
确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值；
将所述目标阈值所对应的等值线内的区域确定为所述目标岩体所对应的开挖扰动区；
所述确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值包括：
通过如下公式计算所述目标阈值：
Figure BDA0003020945290000131
其中，EDImin为所述目标阈值，
Figure BDA0003020945290000132
为目标岩体处于初始状态时的第一P波速度；
Figure BDA0003020945290000133
为目标岩体处于初始损伤时的P波速度。
本发明实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如上述第一方面所述的岩体开挖扰动区的预测方法的步骤。
本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的岩体开挖扰动区的预测方法的步骤。
综上所述，本申请提供的实施例中，基于钻孔壁图像和超声波检测结果，计算岩体开挖前后的岩体质量等级参数的参数值计算，并通过超声波检测得到的岩体开挖前后的P波速度对岩体开挖前后的岩体质量等级参数的参数值进行修订，并通过修订后岩体质量等级参数的参数值来计算岩体开挖前后的力学参数，进而根据力学参数对岩体的开挖扰动区进行预测，解决了现有的只能测量特定测点或断面周围岩体中的EDZ范围，获取不完整的测量数据的问题，使得预测得到的岩体的EDZ范围更加的精准。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种岩体开挖扰动区的预测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的波速孔深曲线的典型示意图；
图3为本发明实施例提供的通过开挖扰动区边界所对应的阈值确定的开挖损伤区的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种岩体开挖扰动区预测装置的虚拟结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种岩体开挖扰动区预测设备的硬件结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电子设备的实施例示意图；
图7为本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。
具体实施方式
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面从岩体开挖扰动区预测装置的角度对岩体开挖扰动区的预测方法进行说明，该岩体开挖扰动区预测装置可以为服务器，也可以为服务器中的服务单元。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的岩体开挖扰动区的预测方法的一个实施例示意图，该岩体开挖扰动区的预测方法包括：
101、对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像。
本实施例中，岩体开挖扰动区预测装置可以通过超声波测试以及钻孔摄像测试对目标岩体进行持续观测，得到目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像，也即该目标岩体包括两种状态，一种是初始状态(未开挖之前的状态)，一种是开挖状态，可以基于现场典型测试断面的超声波测试和钻孔摄像观测，捕捉目标岩体开挖前后的Vp和节理分布情况，其中，Vp为第一波速孔深曲线和第二波速孔深曲线，节理分布情况为第一钻孔壁图像以及第二钻孔壁图像。
102、根据第一波速孔深曲线以及第二波速孔深曲线确定目标岩体初始状态的第一P波速度以及目标岩体开挖状态的第二P波速度。
本实施例中，在得到第一波速孔深曲线以及第二波速孔深曲线之后，可以根据第一波速孔深曲线确定目标岩体初始状态的第一P波速度，同时根据第二波速孔深曲线确定目标岩体开挖状态的第二P波速度。
请参阅图2，图为本发明实施例提供的波速孔深曲线的典型示意图，该目标岩体的波速参数包括
Figure BDA0003020945290000161
和
Figure BDA0003020945290000162
和
Figure BDA0003020945290000163
分别表示未损伤岩体、初始损伤岩体及完全损伤岩体的P波速度，也即
Figure BDA0003020945290000164
为第一P波速度，
Figure BDA0003020945290000165
为第二P波速度，
Figure BDA0003020945290000166
为目标岩体开挖时的P波速度，本发明主要使用
Figure BDA0003020945290000167
和
Figure BDA0003020945290000168
对岩体质量等级系统参数进行修正。
进一步，
Figure BDA0003020945290000169
可根据开挖前的目标岩体的Vp-H曲线(也即第一波速孔深曲线)进行确定，当开挖前的目标岩体Vp-H曲线不可用时，可将
Figure BDA00030209452900001610
设置为开挖后的目标岩体Vp-H曲线中第一阶段(即未损伤区的稳定阶段)的平均值。
进一步，
Figure BDA0003020945290000171
可根据开挖后的目标岩体Vp-H曲线(也即第二波速孔深曲线)进行确定，将
Figure BDA0003020945290000172
设置为开挖后的目标岩体Vp-H曲线中第二阶段(即损伤区的稳定阶段)的平均值。
进一步，
Figure BDA0003020945290000173
可根据开挖后的目标岩体Vp-H曲线进行确定。将
Figure BDA0003020945290000174
设置为开挖后的目标岩体Vp-H曲线中最接近第一阶段末端的上一个测量点的Vp值。当通过Vp-H曲线不能确定
Figure BDA0003020945290000175
时，可根据中国行业标准DL/T 5389–2007，将
Figure BDA0003020945290000176
设为
Figure BDA0003020945290000177
103、根据第一钻孔壁图像以及第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统的参数的第一初始值以及第二初始值。
本实施例中，岩体开挖扰动区预测装置在得到第一钻孔壁图像和第二钻孔壁图像之后，可以根据第一钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值，其中，该第一初始值为目标岩体处于初始状态时，岩体质量等级系统参数的参数值，同时还可以根据第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第二初始值，该第二初始值为目标岩体处于开挖状态时，岩体质量等级系统参数的参数值。
一个实施例中，岩体质量等级系统参数包括岩芯指标、节理组数、节理粗糙度系数、节理蚀变系数、节理水折减系数以及地应力折减系数，根据第一钻孔壁图像以及第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值包括：
通过如下公式计算岩芯指标：
Figure BDA0003020945290000181
其中，L为钻孔总长度，li为无宏观裂缝的钻孔分段，ai为第i个无宏观裂缝的钻孔分段的权重系数；
对第一钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体初始状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
对第一钻孔壁图像进行图像分析，以确定目标岩体开挖状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
根据第一钻孔壁图像确定第一钻孔壁涌水量；
根据第二钻孔壁图像确定第二钻孔壁涌水量
根据第一钻孔壁涌水量评估目标岩体初始状态的节理水折减系数；
根据第二钻孔壁涌水量评估目标岩体开挖状态的节理水折减系数；
根据弹性理论估计的最大切向应力以及完整岩石的单轴抗压强度评估目标岩体初始状态的应力折减系数以及目标岩体开挖状态的应力折减系数。
本实施例中，该岩体质量等级系统参数包括岩芯指标RQD、节理组数Jn、节理粗糙度系数Jr、节理蚀变系数Ja、节理水折减系数Jw以及地应力折减系数SRF。可以理解的是，该目标岩体开挖前后的岩芯指标可采用基于钻孔岩芯的统计方法进行确定，也即目标岩体处于初始状态的岩芯指标和处于开挖状态的岩芯指标，RQD0表示目标岩体处于初始状态的岩芯指标，RQDf表示目标岩体处于开挖状态的岩芯指标。如果由于超高应力环境下钻孔中存在强烈的岩芯饼化现象，导致很难确定RQD0和RQDf，则也可以使用基于钻孔壁图像的统计方法来确定RQD0和RQDf，具体的岩心指标可以通过如下公式计算：
Figure BDA0003020945290000191
其中，RQD为岩芯指标，L为钻孔总长度，单位是米，li为无宏观裂缝的钻孔分段，其中，i的取值可以为1至5，l1、l2、l3、l4和l5表示长度为0.1-0.3、0.3-0.5、0.5-0.75、0.75-1m和>1m的无宏观裂缝的钻孔分段，ai为第i个无宏观裂缝的钻孔分段的权重系数，其中，a1＝0.19，a2＝0.41，a3＝0.63，a4＝0.77，a5＝1.0。
进一步的，该目标岩体开挖前后的节理参数，如
Figure BDA0003020945290000192
Figure BDA0003020945290000193
(其中，上标“0”表示开挖前也即初始状态，“f”表示开发后也即开挖状态)，可分别根据目标岩体开挖前后的钻孔壁图像中的节理数、节理粗糙度和节理蚀变程度进行评估。
进一步，该目标岩体开挖前后的节理水折减系数
Figure BDA0003020945290000201
和
Figure BDA0003020945290000202
可分别根据目标岩体开挖前后的钻孔壁涌水量观测进行评估。
进一步，该目标岩体开挖前后的应力折减系数SRF0和SRFf，可分别根据开挖前后的σ1/σc或σθ/σc(其中，σθ是根据弹性理论估计的最大切向应力，且σθ＝3σ1-σ3进行评估，σ1为最大主应力，σ3为最小主应力，σc为完整岩体的单轴抗压强度。
需要说明的是，1、在评估参数Jn时，穿过岩芯的平行且连续的节理应视为一个完整的节理组，如果可以观察到新生发育的随机节理，建议也将其作为一个完整的节理组来计算。
2、在评估参数Jr时，应根据钻孔壁上的节理痕迹形状识别节理壁起伏，开挖损伤产生的节理的粗糙度，可根据钻孔岩芯断面形貌进行确定。
3、在评估参数Ja时，开挖损伤引起的节理应视为无风化或仅有轻微风化和蚀变的新生节理，即
Figure BDA0003020945290000203
4、在对高应力脆性岩体进行SRFf评级时，由于高应力开挖损伤会导致较低的残余粘聚力，因此导致低残余粘聚力估计值的极端SRFf评级可以保留。
5、当现场岩性或应力条件变化较大时，岩体质量等级系统参数应在不同位置分别进行评定。
还需要说明的是，通过步骤102可以确定目标岩体的第一P波速度以及第二P波速度，通过步骤103可以确定目标岩体初始状态和开挖状态时岩体质量等级系统参数的第一初始值和第二初始值，然而，这两个步骤之间并没有先后执行顺序的限制，可以先执行步骤102，也可以先执行步骤103，或者同时执行，具体不做限定。
104、根据第一P波速度以及第二P波速度对第一初始值以及第二初始值进行校核修订。
本实施例中，岩体开挖扰动区预测装置在得到第一初始值以及第二初始值之后，由于该第一初始值以及第二初始值为预估的，因此可以根据该第一P波速度以及第二P波速度对该第一初始值以及第二初始值进行校核修订，也即通过第一P波速度以及第二P波速度计算出目标岩体在初始状态以及开挖状态的岩体质量值，通过第一初始值以及第二初始值计算出目标岩体在初始状态以及开挖状态的岩体质量值，之后确定两种不同方式计算得到的岩体质量值的差异化，并不断的修订岩体质量等级系统参数的参数值，进而使得计算得到的岩体质量值的差异化小于预设值或者相同为止，具体如下：
岩体开挖扰动区预测装置根据第一P波速度以及第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订包括：
根据第一初始值确定目标岩体初始状态的第一岩体质量值；
根据第二初始值确定目标岩体开挖状态的第二岩体质量值；
根据第一P波速度计算目标岩体初始状态的第三岩体质量值；
根据第二P波速度计算目标岩体开挖状态的第四岩体质量值；
当第一岩体质量值与第三岩体质量值的差异大于第一预设值，且第二岩体质量值与第四岩体质量值的差异大于第二预设值时，调整第一预设值和/或第二预设值，直至第一岩体质量值与第三岩体质量值之间的差异小于或等于第一预设值，且第二岩体质量值与第四岩体质量值之间的差异小于货等于第二预设值。
本实施例中，岩体开挖扰动区预测装置可以上述计算得到的岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值分别带入如下公式，得到第一岩体质量值和第二岩体质量值：
Figure BDA0003020945290000221
Figure BDA0003020945290000222
其中，Q0为目标岩体初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000223
为目标岩体初始状态的岩体质量值的归一化值，RQD0为目标岩体初始状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000224
为目标岩体初始状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000225
为目标岩体初始状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000226
为目标岩体初始状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000227
为目标岩体初始状态的节理水折减系数，SRF0为目标岩体初始状态的地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度，Qf为目标开挖初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000231
为目标岩体开挖状态的岩体质量值的归一化值，RQDf为目标岩体开挖状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000232
为目标岩体开挖状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000233
为目标岩体开挖状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000234
为目标岩体开挖状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000235
为目标岩体开挖状态的节理水折减系数，SRFf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的地应力折减系数。
之后根据第一P波速度计算第三岩体质量值，根据第二P波速度计算第四岩体质量值，具体的将第一P波速度
Figure BDA0003020945290000236
和第二P波速度
Figure BDA0003020945290000237
分别带入如下公式，得到第三岩体质量值和第四岩体质量值：
Figure BDA0003020945290000238
埋深≥500m；
Figure BDA0003020945290000239
由此可以得到第一岩体质量值、第二岩体质量值、第三岩体质量以及第四岩体质量值，之后确定第一岩体质量值与第三岩体质量值之间的差异值，以及第二岩体质量值与第三岩体质量值之间的差异值，且在第一岩体质量值与第三岩体质量值的差异大于第一预设值，且第二岩体质量值与第四岩体质量值的差异大于第二预设值时，调整岩体质量等级系统参数，直至第一岩体质量值与第三岩体质量值之间的差异小于或等于第一预设值，且第二岩体质量值与第四岩体质量值之间的差异小于或等于第二预设值，也就是说调整岩体质量等级系统参数使得通过两种方式得到的岩体质量值尽量的相近，进而得到调整后的岩体质量等级参数，也即得到调整后的第一初始值和调整后的第二初始值。
需要说明的是，当埋深大于500m时，应考虑深度或应力对岩体波速Vp的影响，因为高应力引起的节理和裂缝闭合将导致Vp增加，然而，当使用Vp估算开挖后的岩体
Figure BDA0003020945290000241
时，即使围岩深度大于500m，也无需考虑深度或应力对Vp的影响，因为开挖引起的高围压释放可能会导致节理张开，从而导致Vp减小。
105、根据校核修订后的第一初始值以及校核修订后的第二初始值确定目标岩体的力学参数。
本实施例中，岩体开挖扰动区预测装置在得到校核修订后的第一初始值以及校核修订后的第二初始值之后，可以根据校核修订后的第一初始值以及校核修订后的第二初始值确定目标岩体的力学参数，可以理解的是，由于该目标岩体包括两种状态，初始状态以及开挖状态，相对应的，该目标岩体的力学参数也包括两种状态下的力学参数，也即目标岩体初始状态的力学参数以及目标岩体开挖状态的力学参数，下面进行具体说明：
一个实施例中，该目标岩体的力学参数包括岩体弹性模量、粘聚力以及摩擦角，岩体开挖扰动区预测装置根据校核修订后的第一初始值以及校核修订后的第二初始值确定目标岩体的力学参数包括：
通过如下公式评估目标岩体初始状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000251
Figure BDA0003020945290000252
Figure BDA0003020945290000253
E0为目标岩体初始状态的岩体弹性模量，c0为目标岩体初始状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000254
为目标岩体初始状态的摩擦角，Q0为目标岩体初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000255
为目标岩体初始状态的岩体质量值的归一化值，RQD0为校核修正后目标岩体初始状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000256
为校核修正后目标岩体初始状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000257
为校核修正后目标岩体初始状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000258
为校核修正后目标岩体初始状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000259
为校核修正后目标岩体初始状态的节理水折减系数，SRF0为校核修正后目标岩体初始状态的地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度，其中，Q0和
Figure BDA00030209452900002510
通过如下公式计算；
Figure BDA00030209452900002511
Figure BDA0003020945290000261
通过如下公式评估目标岩体开挖状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000262
Figure BDA0003020945290000263
Figure BDA0003020945290000264
其中，Ef为目标岩体开挖状态的岩体弹性模量，cf为目标岩体开挖状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000265
为目标岩体开挖状态的摩擦角，Qf为目标开挖初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000266
为目标岩体开挖状态的岩体质量值的归一化值，RQDf为校核修正后目标岩体开挖状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000267
为校核修正后目标岩体开挖状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000268
为校核修正后目标岩体开挖状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000269
为校核修正后目标岩体开挖状态的节理蚀变系数，
Figure BDA00030209452900002610
为校核修正后目标岩体开挖状态的节理水折减系数，SRFf为校核修正后目标岩体开挖状态的地应力折减系数，Qf以及
Figure BDA00030209452900002611
通过如下公式计算；
Figure BDA00030209452900002612
Figure BDA0003020945290000271
本实施例中，针对现有岩体质量等级系统参数的估计公式在估计应力脆性岩体初始力学参数方面存在的不足，提出了基于岩体质量等级系统参数的高应力脆性岩体力学参数估计公式。
进一步的，基于岩体质量等级系统参数的岩体力学参数估计公式如下所示：
Figure BDA0003020945290000272
Figure BDA0003020945290000273
Figure BDA0003020945290000274
Figure BDA0003020945290000275
Figure BDA0003020945290000276
上式中，Q和Qc分别表示岩体质量值和其归一化值，E表示岩体弹性模量、c表示粘聚力、φ表示摩擦角；RQD表示岩芯指标，由选定岩芯中长度大于100，mm的钻芯的百分比表示，Jn为节理组数、Jr为节理粗糙度系数，Ja为节理蚀变系数，Jw为节理水折减系数，SRF为地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度；
进一步，基于岩体质量等级系统的高应力脆性岩体的改进力学参数估计公式的改进情况如下：
1、在估计岩体的初始力学参数时，上述对于Q0和C0的估计公式中，SRF0被视为一个“微调”因子，且SRF0的上限值设定为5.0。
2、在估计岩体的力学参数时，对于初始摩擦角φ0的估计公式，使用无侧限条件下的莫尔库仑准则推导出的表达式替换该表达式：
Figure BDA0003020945290000281
其中，
Figure BDA0003020945290000282
可通过如下公式进行估计：
Figure BDA0003020945290000283
ρ为岩体密度，由此可以得到φ0估计的最终修正公式：
Figure BDA0003020945290000284
因此，最终得到该力学参数的估计公式如：
Figure BDA0003020945290000285
Figure BDA0003020945290000286
Figure BDA0003020945290000291
Figure BDA0003020945290000292
Figure BDA0003020945290000293
Figure BDA0003020945290000294
Figure BDA0003020945290000295
Figure BDA0003020945290000296
Figure BDA0003020945290000297
Figure BDA0003020945290000298
需要说明的是，上述的公式当中，上标‘0’对应目标岩体的初始状态，上标‘f’对应目标岩体的开挖状态。
106、根据力学参数对目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
本实施例中，岩体开挖扰动区预测装置在得到目标岩体在初始状态和开挖状态两种状态下的力学参数之后，可以根据该力学参数对目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。具体的，可以首先根据力学参数计算目标岩体所对应的弹性模量劣化指标，之后根据弹性模量劣化指标确定目标岩体所对应的开挖扰动区。
一个实施例中，岩体开挖扰动区预测装置根据力学参数计算目标岩体所对应的弹性模量劣化指标包括：
通过如下公式计算弹性模量劣化指标：
Figure BDA0003020945290000301
其中，EDI为弹性模量劣化指标，
Figure BDA0003020945290000302
为目标岩体初始状态的围压，σ0为目标岩体开挖状态的围压，Vol为目标岩体初始状态体积，Vol0为目标岩体开挖状态的体积，b和d为通过拟合试验数据得到的常数，k为常数；
通过如下公式计算k：
Figure BDA0003020945290000303
其中，
Figure BDA0003020945290000304
为所述目标岩体初始状态的动态泊松比，vd为所述目标岩体开挖状态的动态泊松比，其中
Figure BDA0003020945290000305
为0.2或0.25，vd为0.25或0.3，k为1.0与1.1之间的常数。
需要说明的是，使用EDI来描述目标岩体的EDZ范围时，需要确定与EDZ边界相对应的阈值，具体的，可以首先确定弹性模量劣化指标中与开挖扰动区边界所对应的目标阈值，之后将目标阈值所对应的等值线内的区域确定为目标岩体所对应的开挖扰动区，具体如下：
在数值模拟结果中，目标阈值EDImin所对应的等值线内的区域被视为EDZ，其等值线外的区域则视为未损伤区域，具体的，目标阈值可以通过如下公式进行计算：
Figure BDA0003020945290000311
其中，
Figure BDA0003020945290000312
为目标岩体处于初始损伤时的P波速度，可以理解的是，当通过Vp-H曲线不能确定
Figure BDA0003020945290000313
的值时，EDImin可设为0.1。请参阅图3，图3为本发明实施例提供的通过EDImin所确定的开挖损伤区的示意图。
综上所述，本申请提供的实施例中，基于钻孔壁图像和超声波检测结果，计算岩体开挖前后的岩体质量等级参数的参数值计算，并通过超声波检测得到的岩体开挖前后的P波速度对岩体开挖前后的岩体质量等级参数的参数值进行修订，并通过修订后岩体质量等级参数的参数值来计算岩体开挖前后的力学参数，进而根据力学参数对岩体的开挖扰动区进行预测，解决了现有的只能测量特定测点或断面周围岩体中的EDZ范围，获取不完整的测量数据的问题，使得预测得到的岩体的EDZ范围更加的精准。
上面对本发明实施例中岩体开挖扰动区的预测方法进行了描述，下面对本发明实施例中的岩体开挖扰动区预测装置进行描述。
请参阅图4，本发明实施例中岩体开挖扰动区预测装置的虚拟结构示意图，该岩体开挖扰动区预测装置包括：
处理单元401，用于对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
第一确定单元402，用于根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
第二确定单元403，用于根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
修订单元404，用于根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
第三确定单元405，用于根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
预测单元406，用于根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
可选地，所述岩体质量等级系统参数包括岩芯指标、节理组数、节理粗糙度系数、节理蚀变系数、节理水折减系数以及地应力折减系数，所述第二确定单元403具体用于：
通过如下公式计算所述岩芯指标：
Figure BDA0003020945290000331
其中，L为钻孔总长度，li为无宏观裂缝的钻孔分段，ai为第i个无宏观裂缝的钻孔分段的权重系数；
对所述第一钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体初始状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
对所述第二钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体开挖状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
根据所述第一钻孔壁图像确定第一钻孔壁涌水量；
根据所述第二钻孔壁图像确定第二钻孔壁涌水量
根据所述第一钻孔壁涌水量评估所述目标岩体初始状态的节理水折减系数；
根据所述第二钻孔壁涌水量评估所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数；
根据弹性理论估计的最大切向应力以及完整岩石的单轴抗压强度评估所述目标岩体初始状态的应力折减系数以及所述目标岩体开挖状态的应力折减系数。
可选地，所述修订单元404具体用于：
根据所述第一初始值确定所述目标岩体初始状态的第一岩体质量值；
根据所述第二初始值确定所述目标岩体开挖状态的第二岩体质量值；
根据所述第一P波速度计算所述目标岩体初始状态的第三岩体质量值；
根据所述第二P波速度计算所述目标岩体开挖状态的第四岩体质量值；
当所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值的差异大于第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值的差异大于第二预设值时，调整所述第一初始值和/或所述第二初始值，直至所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值之间的差异小于或等于所述第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值之间的差异小于或等于所述第二预设值。
可选地，所述目标岩体包括初始状态以及开挖状态，所述力学参数包括岩体弹性模量、粘聚力以及摩擦角，所述第三确定单元405具体用于：
通过如下公式评估所述目标岩体初始状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000341
Figure BDA0003020945290000342
Figure BDA0003020945290000343
E0为所述目标岩体初始状态的岩体弹性模量，c0为所述目标岩体初始状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000344
为所述目标岩体初始状态的摩擦角，Q0为所述目标岩体初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000345
为所述目标岩体初始状态的岩体质量值的归一化值，RQD0为校核修正后所述目标岩体初始状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000346
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理组数，
Figure BDA0003020945290000347
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA0003020945290000348
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理蚀变系数，
Figure BDA0003020945290000349
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理水折减系数，SRF0为校核修正后所述目标岩体初始状态的地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度，其中，Q0和
Figure BDA0003020945290000351
通过如下公式计算；
Figure BDA0003020945290000352
Figure BDA0003020945290000353
通过如下公式评估所述目标岩体开挖状态的力学参数：
Figure BDA0003020945290000354
Figure BDA0003020945290000355
Figure BDA0003020945290000356
其中，Ef为所述目标岩体开挖状态的岩体弹性模量，cf为所述目标岩体开挖状态的粘聚力，
Figure BDA0003020945290000357
为所述目标岩体开挖状态的摩擦角，Qf为所述目标开挖初始状态的岩体质量值，
Figure BDA0003020945290000358
为所述目标岩体开挖状态的岩体质量值的归一化值，RQDf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的岩芯指标，
Figure BDA0003020945290000359
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理组数，
Figure BDA00030209452900003510
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理粗糙度系数，
Figure BDA00030209452900003511
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理蚀变系数，
Figure BDA00030209452900003512
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数，SRFf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的地应力折减系数，Qf以及
Figure BDA0003020945290000361
通过如下公式计算；
Figure BDA0003020945290000362
Figure BDA0003020945290000363
可选地，所述预测单元406具体用于：
根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标；
根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区。
可选地，所述预测单元406根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标包括：
通过如下公式计算所述弹性模量劣化指标：
Figure BDA0003020945290000364
其中，EDI为所述弹性模量劣化指标，
Figure BDA0003020945290000365
为所述目标岩体初始状态的围压，σ0为所述目标岩体开挖状态的围压，Vol为所述目标岩体初始状态体积，Vol0为所述目标岩体开挖状态的体积，b和d为通过拟合试验数据得到的常数，k为常数；
通过如下公式计算k：
Figure BDA0003020945290000366
其中，
Figure BDA0003020945290000371
为所述目标岩体初始状态的动态泊松比，vd为所述目标岩体开挖状态的动态泊松比。
可选地，所述预测单元406根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区包括：
确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值；
将所述目标阈值所对应的等值线内的区域确定为所述目标岩体所对应的开挖扰动区；
所述确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值包括：
通过如下公式计算所述目标阈值：
Figure BDA0003020945290000372
其中，EDImin为所述目标阈值，
Figure BDA0003020945290000373
为目标岩体处于初始状态时的第一P波速度；
Figure BDA0003020945290000374
为目标岩体处于初始损伤时的P波速度。
上面图4从模块化功能实体的角度对本发明实施例中的岩体开挖扰动区预测装置进行了描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中的岩体开挖扰动区预测装置进行详细描述，请参阅图5，本发明实施例中的岩体开挖扰动区预测设备500一个实施例，包括：
输入装置501、输出装置502、处理器503和存储器504(其中处理器503的数量可以一个或多个，图5中以一个处理器503为例)。在本发明的一些实施例中，输入装置501、输出装置502、处理器503和存储器504可通过总线或其它方式连接，其中，图5中以通过总线连接为例。
其中，通过调用存储器504存储的操作指令，处理器503，用于执行如下步骤：
对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
通过调用存储器504存储的操作指令，处理器503，还用于执行图1对应的实施例中的任一方式。
请参阅图6，图6为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。
如图6所示，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器610、处理器620及存储在存储器610上并可在处理器620上运行的计算机程序511，处理器620执行计算机程序611时实现以下步骤：
对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
在具体实施过程中，处理器620执行计算机程序611时，可以实现图1对应的实施例中任一实施方式。
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本发明实施例中一种岩体开挖扰动区预测装置所采用的设备，故而基于本发明实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中的方法所采用的设备，都属于本发明所欲保护的范围。
请参阅图7，图7为本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。
如图7所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质700，其上存储有计算机程序711，该计算机程序711被处理器执行时实现如下步骤：
对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
在具体实施过程中，该计算机程序711被处理器执行时可以实现图1对应的实施例中任一实施方式。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，当计算机软件指令在处理设备上运行时，使得处理设备执行如图1对应实施例中的岩体开挖扰动区的预测的方法中的流程。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修该，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修该或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种岩体开挖扰动区的预测方法，其特征在于，包括：
对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩体质量等级系统参数包括岩芯指标、节理组数、节理粗糙度系数、节理蚀变系数、节理水折减系数以及地应力折减系数，所述根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值包括：
通过如下公式计算所述岩芯指标：
Figure FDA0003020945280000011
其中，L为钻孔总长度，li为无宏观裂缝的钻孔分段，ai为第i个无宏观裂缝的钻孔分段的权重系数；
对所述第一钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体初始状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
对所述第二钻孔壁图像进行图像分析，以确定所述目标岩体开挖状态的节理组数、节理粗糙度以及节理蚀变程度；
根据所述第一钻孔壁图像确定第一钻孔壁涌水量；
根据所述第二钻孔壁图像确定第二钻孔壁涌水量
根据所述第一钻孔壁涌水量评估所述目标岩体初始状态的节理水折减系数；
根据所述第二钻孔壁涌水量评估所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数；
根据弹性理论估计的最大切向应力以及完整岩石的单轴抗压强度评估所述目标岩体初始状态的应力折减系数以及所述目标岩体开挖状态的应力折减系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订包括：
根据所述第一初始值确定所述目标岩体初始状态的第一岩体质量值；
根据所述第二初始值确定所述目标岩体开挖状态的第二岩体质量值；
根据所述第一P波速度计算所述目标岩体初始状态的第三岩体质量值；
根据所述第二P波速度计算所述目标岩体开挖状态的第四岩体质量值；
当所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值的差异大于第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值的差异大于第二预设值时，调整所述第一初始值和/或所述第二初始值，直至所述第一岩体质量值与所述第三岩体质量值之间的差异小于或等于所述第一预设值，且所述第二岩体质量值与所述第四岩体质量值之间的差异小于或等于所述第二预设值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标岩体包括初始状态以及开挖状态，所述力学参数包括岩体弹性模量、粘聚力以及摩擦角，所述根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数包括：
通过如下公式评估所述目标岩体初始状态的力学参数：
Figure FDA0003020945280000031
Figure FDA0003020945280000032
Figure FDA0003020945280000033
E0为所述目标岩体初始状态的岩体弹性模量，c0为所述目标岩体初始状态的粘聚力，
Figure FDA0003020945280000034
为所述目标岩体初始状态的摩擦角，Q0为所述目标岩体初始状态的岩体质量值，
Figure FDA0003020945280000035
为所述目标岩体初始状态的岩体质量值的归一化值，RQD0为校核修正后所述目标岩体初始状态的岩芯指标，
Figure FDA0003020945280000036
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理组数，
Figure FDA0003020945280000037
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理粗糙度系数，
Figure FDA0003020945280000038
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理蚀变系数，
Figure FDA0003020945280000039
为校核修正后所述目标岩体初始状态的节理水折减系数，SRF0为校核修正后所述目标岩体初始状态的地应力折减系数，σc为完整岩石的单轴抗压强度，其中，Q0和
Figure FDA0003020945280000041
通过如下公式计算；
Figure FDA0003020945280000042
Figure FDA0003020945280000043
通过如下公式评估所述目标岩体开挖状态的力学参数：
Figure FDA0003020945280000044
Figure FDA0003020945280000045
Figure FDA0003020945280000046
其中，Ef为所述目标岩体开挖状态的岩体弹性模量，cf为所述目标岩体开挖状态的粘聚力，
Figure FDA0003020945280000047
为所述目标岩体开挖状态的摩擦角，Qf为所述目标开挖初始状态的岩体质量值，
Figure FDA0003020945280000048
为所述目标岩体开挖状态的岩体质量值的归一化值，RQDf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的岩芯指标，
Figure FDA0003020945280000049
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理组数，
Figure FDA00030209452800000410
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理粗糙度系数，
Figure FDA00030209452800000411
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理蚀变系数，
Figure FDA0003020945280000051
为校核修正后所述目标岩体开挖状态的节理水折减系数，SRFf为校核修正后所述目标岩体开挖状态的地应力折减系数，Qf以及
Figure FDA0003020945280000052
通过如下公式计算；
Figure FDA0003020945280000053
Figure FDA0003020945280000054
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测包括：
根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标；
根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述力学参数计算所述目标岩体所对应的弹性模量劣化指标包括：
通过如下公式计算所述弹性模量劣化指标：
Figure FDA0003020945280000055
其中，EDI为所述弹性模量劣化指标，
Figure FDA0003020945280000056
为所述目标岩体初始状态的围压，σ0为所述目标岩体开挖状态的围压，Vol为所述目标岩体初始状态体积，Vol0为所述目标岩体开挖状态的体积，b和d为通过拟合试验数据得到的常数，k为常数；
通过如下公式计算k：
Figure FDA0003020945280000061
其中，
Figure FDA0003020945280000062
为所述目标岩体初始状态的动态泊松比，vd为所述目标岩体开挖状态的动态泊松比。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述弹性模量劣化指标确定所述目标岩体所对应的开挖扰动区包括：
确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值；
将所述目标阈值所对应的等值线内的区域确定为所述目标岩体所对应的开挖扰动区；
所述确定所述弹性模量劣化指标中与所述开挖扰动区边界所对应的目标阈值包括：
通过如下公式计算所述目标阈值：
Figure FDA0003020945280000063
其中，EDImin为所述目标阈值，
Figure FDA0003020945280000064
为目标岩体处于初始状态时的第一P波速度；
Figure FDA0003020945280000065
为目标岩体处于初始损伤时的P波速度。
8.一种岩体开挖扰动区预测装置，其特征在于，包括：
处理单元，用于对目标岩体进行超声波测试以及钻孔摄像观测，以得到所述目标岩体初始状态的第一波速孔深曲线、所述目标岩体开挖状态的第二波速孔深曲线、所述目标岩体初始状态的第一钻孔壁图像以及所述目标岩体开挖状态的第二钻孔壁图像；
第一确定单元，用于根据所述第一波速孔深曲线以及所述第二波速孔深曲线确定所述目标岩体初始状态的第一P波速度以及所述目标岩体开挖状态的第二P波速度；
第二确定单元，用于根据所述第一钻孔壁图像以及所述第二钻孔壁图像确定岩体质量等级系统参数的第一初始值以及第二初始值，所述第一初始值为所述目标岩体初始状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值，所述第二初始值为所述目标岩体开挖状态时所述岩体质量等级系统参数的参数值；
修订单元，用于根据所述第一P波速度以及所述第二P波速度对所述第一初始值以及所述第二初始值进行校核修订；
第三确定单元，用于根据校核修订后的所述第一初始值以及校核修订后的所述第二初始值确定所述目标岩体的力学参数；
预测单元，用于根据所述目标岩体的力学参数对所述目标岩体所对应的开挖扰动区进行预测。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，其特征在于：所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。
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