CN114880755A - 铁路隧道的围岩分级方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

铁路隧道的围岩分级方法、装置、设备及可读存储介质 Download PDF

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CN114880755A CN202210795340.2A CN202210795340A CN114880755A CN 114880755 A CN114880755 A CN 114880755A CN 202210795340 A CN202210795340 A CN 202210795340A CN 114880755 A CN114880755 A CN 114880755A
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Abstract

本发明提供了一种铁路隧道的围岩分级方法、装置、设备及可读存储介质，涉及地质勘探技术领域，包括获取隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，对围岩基本质量指标、围岩总位移、围岩位移影响系数进行计算，并基于上述指标来计算每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数，进而确定每个取样点的分级模糊系数，并以此对围岩评级。本发明考虑在复杂地质条件下铁道隧道由于长持时特性造成的围岩等级变化，并且本发明还能够考虑隧道深部岩石力学特性从而真正反映围岩的真实情况。

Description

铁路隧道的围岩分级方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，具体而言，涉及铁路隧道的围岩分级方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
围岩分级是铁路隧道设计和施工过程中需要重点考虑的参数，关系着如何选择施工方法、进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构荷载、确定衬砌结构的类型及尺寸、制定劳动定额、材料消耗标准等内容，因此必须科学合理的考虑铁路隧道围岩分级。现有的围岩分级方法往往是在设计期对围岩进行一次性分级，没有考虑设计到施工的长持时对于隧道建设的影响，并且围岩分级方法的判定往往是根据开挖暴露出来的掌子面进行观察和量测，存在明显的局限性，现需要一种考虑长持时的铁路隧道围岩监测定量分级方法和装置来对铁路隧道围岩进行定量分级。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路隧道的围岩分级方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种铁路隧道的围岩分级方法，包括：获取第一信息、第二信息和第三信息，所述第一信息包括隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，所述第二信息包括围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，所述第三信息包括监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，所述三向加速度包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的加速度，所述三向位移包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位移；将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，得到第四信息，所述第四信息为每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数；将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，得到第五信息，所述第五信息包括每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数；基于所述第五信息确定每个取样点的分级模糊系数，并基于每个取样点的所述分级模糊系数确定每个取样点的围岩等级。
第二方面，本申请还提供了一种铁路隧道的围岩分级装置，包括：第一获取单元，用于获取第一信息、第二信息和第三信息，所述第一信息包括隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，所述第二信息包括围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，所述第三信息包括监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，所述三向加速度包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的加速度，所述三向位移包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位移；第一计算单元，用于将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，得到第四信息，所述第四信息为每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数；第二计算单元，用于将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，得到第五信息，所述第五信息包括每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数；第一处理单元，用于基于所述第五信息确定每个取样点的分级模糊系数，并基于每个取样点的所述分级模糊系数确定每个取样点的围岩等级。
第三方面，本申请还提供了一种铁路隧道的围岩分级设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述铁路隧道的围岩分级方法的步骤。
第四方面，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于铁路隧道的围岩分级方法的步骤。
本发明的有益效果为：
本发明能够考虑在复杂地质条件下铁道隧道由于长持时特性造成的围岩等级变化，反映地震、滑坡等因素对于围压结构硬度和完整程度的影响，避免在长持时内围岩弱化造成的设计不符、施工困难，从而造成隧道变形和崩塌等情况；并且本发明还能够考虑隧道深部岩石力学特性，避免只观测掌子面造成的对于影响隧道区域的围岩了解不足的问题，从而真正反映围岩的真实情况，避免现有的围岩分级指标难以全面反映围岩力学特性的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中所述的铁路隧道的围岩分级方法流程示意图;
图2为本发明实施例中所述的铁路隧道的围岩分级装置结构示意图；
图3为本发明实施例中所述的铁路隧道的围岩分级设备结构示意图；
图4为本发明实施例中所述的铁路隧道的围岩取样点位置布置示意图。
图中标记:701、第一获取单元；702、第一计算单元；703、第二计算单元；704、第一处理单元；7021、第一处理子单元；7022、第一计算子单元；7023、第二处理子单元；7024、第二计算子单元；70241、第一分类子单元；70242、第三处理子单元；70243、第四处理子单元；70244、第五处理子单元；7031、第六处理子单元；7032、第三计算子单元；7033、第四计算子单元；7034、第五计算子单元；70331、第六计算子单元；70332、第七计算子单元；70333、第八计算子单元；70334、第九计算子单元；7041、第十计算子单元；7042、第七处理子单元；7043、第八处理子单元；800、铁路隧道的围岩分级设备；801、处理器；802、存储器；803、多媒体组件；804、I/O接口；805、通信组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
如图1和图4所示，本实施例提供了一种铁路隧道的围岩分级方法，其所述方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S4。
步骤S1、获取第一信息、第二信息和第三信息，所述第一信息包括隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，所述第二信息包括围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，所述第三信息包括监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，所述三向加速度包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的加速度，所述三向位移包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位移；
参见图4，在本申请设置有8个方向的取样点，其中取样点按照不同的方向进行取样，并且在不同方向上设置有离监测设备的距离不同的取样点，这样可以反映铁路周围不同取样点的围岩等级，并且其中监测设备设置在不同深度，可以测得不同深度围岩的力学特性，这样可以全面反映围岩的特性。
可以理解的是围岩的取样点的取样方法为转孔取样，利用弹性波测试法测试该点 的每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，在室内对各段的各个取样点的取样材料进 行单轴饱和抗压强度试验、Kaiser试验以及最优含水率击实试验，得到各段各测点的单轴 饱和抗压强度
Figure 758755DEST_PATH_IMAGE001
、最大初始地应力
Figure 613578DEST_PATH_IMAGE002
和最优含水率
Figure 862157DEST_PATH_IMAGE003
。
步骤S2、将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，得到第四信息，所述第四信息为每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数；
步骤S3、将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，得到第五信息，所述第五信息包括每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数；
步骤S4、基于所述第五信息确定每个取样点的分级模糊系数，并基于每个取样点的所述分级模糊系数确定每个取样点的围岩等级。
可以理解的是本发明通过设置长持时的铁路隧道围岩监测，能够考虑铁路隧道围岩的长期物理特性，并考虑隧道多位置的物理特性，实现长期且多位置的对于围岩分级定量评估和分析。
可以理解的是本发明能够考虑在复杂地质条件下铁道隧道由于长持时特性造成的围岩等级变化，反映地震、滑坡等因素对于围压结构硬度和完整程度的影响，避免在长持时内围岩弱化造成的设计不符、施工困难，从而造成隧道变形和崩塌等情况；并且本发明还能够考虑隧道深部岩石力学特性，避免只观测掌子面造成的对于影响隧道区域的围岩了解不足的问题，从而真正反映围岩的真实情况，避免现有的围岩分级指标难以全面反映围岩力学特性的问题。
在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S2包括步骤S21、步骤S22、步骤S23和步骤S24。
步骤S21、基于岩体完整性指数计算公式对所述第一信息内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度进行处理，得到每个取样点的岩体完整性指数；
可以理解的是上述步骤中的岩体完整性指数计算公式为:
Figure 195050DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 209754DEST_PATH_IMAGE005
为取样点的标号，表示第n方向的第m个取样点，
Figure 501058DEST_PATH_IMAGE006
表示所述取样点的 岩体纵波速度，
Figure 971354DEST_PATH_IMAGE007
表示所述取样点的岩石纵波速度，
Figure 107937DEST_PATH_IMAGE008
表示所述取样点的岩体完整性指 数。
步骤S22、基于围岩基本质量指标计算公式对所述每个取样点的岩体完整性指数和第二信息内每个取样点的单轴饱和抗压强度进行处理，得到每个取样点的围岩基本质量指标；
可以理解的是上述步骤中的围岩基本质量指标计算公式为:
Figure 714499DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 645546DEST_PATH_IMAGE010
表示所述取样点的单轴饱和抗压强度，
Figure 337559DEST_PATH_IMAGE011
表示所述取样点的围岩基本质 量指标，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S23、基于围岩的总位移计算公式对所述第三信息内的每个取样点的三向位移进行处理，得到每个取样点的围岩总位移；
可以理解的是上述步骤中的总位移计算公式为:
Figure 543412DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 4480DEST_PATH_IMAGE013
表示所述取样点的围岩在X轴方向的位移、
Figure 637587DEST_PATH_IMAGE014
表示所述取样点的围岩在Y 轴方向的位移、
Figure 819825DEST_PATH_IMAGE015
表示所述取样点的围岩在Z轴方向的位移、
Figure 298211DEST_PATH_IMAGE016
表示所述取样点的围岩的总 位移，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S24、基于预设的监测设备宽度值、预设的监测设备高度值、每个取样点的所述围岩总位移、每个取样点的所述单轴饱和抗压强度和每个取样点的所述三向位移进行围岩位移影响系数计算，得到每个取样点内围岩位移影响系数。
可以理解的是上述步骤通过弹性波测试法去测试取样点的岩体的纵波速度与岩石的纵波速度，然后计算所述取样点处的岩体完整性指数，并通过在室内对各方向上的每个取样点的取样材料进行单轴饱和抗压强度试验、Kaiser试验以及最优含水率击实试验，确定各段各测点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，进而计算每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数，为之后的分级计算做依据，提高分级的准确性。
在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S24包括步骤S241、步骤S242、步骤S243和步骤S244。
步骤S241、根据所有所述取样点的位置进行分类，其中将位于所述监测设备正上方的所有取样点作为拱顶取样点，将剩余的所有的取样点作为非拱顶取样点；
步骤S242、基于所有取样点的单轴饱和抗压强度确定每个取样点的普氏系数；
可以理解的是上述步骤中的普氏系数的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure 82627DEST_PATH_IMAGE018
表示所述取样点的普氏系数，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S243、基于拱顶取样点的计算公式对所述拱顶取样点的所述普氏系数、监测设备宽度值、每个拱顶取样点的围岩总位移和每个拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个拱顶取样点内围岩位移影响系数；
可以理解的是上述步骤中的拱顶取样点内围岩位移影响系数的计算公式为：
Figure 89898DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示监测设备宽度值,
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示1和
Figure DEST_PATH_IMAGE025
的较小的值，
Figure 366289DEST_PATH_IMAGE026
表 示取样点内围岩位移影响系数，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S244、基于非拱顶取样点的计算公式对所述非拱顶取样点的普氏系数、监测设备高度值、每个非拱顶取样点的围岩总位移和每个非拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个非拱顶取样点内围岩位移影响系数。
可以理解的是上述步骤中的非拱顶取样点内围岩位移影响系数的计算公式为：
Figure 379857DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
表示监测设备高度值，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
可以理解的是本发明通过对不同位置的取样点的岩石力学特性指标进行计算，进而综合反映围岩的各方面力学特性，避免现有的围岩分级指标难以全面反映围岩力学特性的问题。
在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S3包括步骤S31、步骤S32、步骤S33和步骤S34。
步骤S31、将每个取样点内所有含水率进行处理，得到每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率和每个取样点的平均含水率；
步骤S32、基于含水率修正系数的计算公式对每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率、每个取样点的平均含水率、每个取样点的最优含水率和每个取样点的围岩基本质量指标进行处理，得到每个取样点的含水率修正系数；
可以理解的是上述步骤中的取样点的含水率修正系数的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
*
Figure 956463DEST_PATH_IMAGE032
其中，
Figure 931373DEST_PATH_IMAGE033
表示含水率修正系数，
Figure 85273DEST_PATH_IMAGE035
表示1和
Figure DEST_PATH_IMAGE037
之间较小的值，
Figure 108724DEST_PATH_IMAGE038
表示所述取样 点的最大含水率，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
表示所述取样点的最小含水率，
Figure 882381DEST_PATH_IMAGE040
表示取样点的平均含水率，其余 参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S33、基于围岩结构稳定性修正系数的计算公式对每个取样点的三向加速度进行处理，得到每个取样点的围岩结构稳定性修正系数；
步骤S34、基于地应力修正系数的计算公式对每个取样点的围岩基本质量指标、每个取样点的单轴饱和抗压强度和每个取样点的最大初始地应力进行处理，得到每个取样点的地应力修正系数。
可以理解的是上述步骤中的取样点的地应力修正系数的计算公式为：
Figure 293771DEST_PATH_IMAGE042
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示地应力修正系数，
Figure 138230DEST_PATH_IMAGE045
表示
Figure 496530DEST_PATH_IMAGE047
和0之间较大的值，
Figure 172362DEST_PATH_IMAGE048
表示最大初始地应力，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
可以理解的是本发明对每个取样点的围岩级别修正系数进行计算，为接下来的定量分级提供分级依据，并通过三种修正系数来兼顾隧道深度和结构整体的特性。
在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S33包括步骤S331、步骤S332、步骤S333和步骤S334。
步骤S331、将每个取样点的三向加速度进行平均值计算，得到每个取样点的三向加速度的平均值；
可以理解的是上述步骤中的平均值计算公式组为：
Figure 223495DEST_PATH_IMAGE049
Figure 820829DEST_PATH_IMAGE050
Figure 248400DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure 244650DEST_PATH_IMAGE052
在自然噪声作用下的从监测开始瞬间至当前监测时刻所处时间段内X轴 方向的加速度平均值，
Figure 732263DEST_PATH_IMAGE053
表示从监测开始瞬间至当前监测时刻所处时间段，
Figure 82473DEST_PATH_IMAGE054
表示X轴方向 的振动加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
在自然噪声作用下的从监测开始瞬间至当前监测时刻所处时间段内Y轴 方向的加速度平均值，
Figure 516997DEST_PATH_IMAGE056
表示Y轴方向的振动加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
在自然噪声作用下的从监测开始 瞬间至当前监测时刻所处时间段内Z轴方向的加速度平均值，
Figure 839525DEST_PATH_IMAGE058
表示Z轴方向的振动加速 度，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S332、基于每个取样点的三向加速的平均值和单向加速度系数计算公式进行单向加速度系数计算，得到每个取样点的单向加速度系数；
可以理解的是上述步骤中的单向加速度系数计算公式包括：
Figure 701301DEST_PATH_IMAGE060
Figure 538807DEST_PATH_IMAGE062
Figure 311110DEST_PATH_IMAGE064
其中，
Figure 550461DEST_PATH_IMAGE065
表示单向加速度系数，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S333、基于每个取样点的单向加速度系数进行合加速度计算，得到每个取样点的合加速度，并基于每个取样点的单向加速度系数计算每个合加速度在X轴、Y轴和Z轴上的分量，得到X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量值；
可以理解的是上述步骤中的合加速度计算公式为：
Figure 379877DEST_PATH_IMAGE067
其中，
Figure 970259DEST_PATH_IMAGE068
表示合加速度，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
可以理解的是上述步骤中的每个合加速度在X轴、Y轴和Z轴上的分量的计算公式包括：
Figure 543322DEST_PATH_IMAGE069
Figure 371601DEST_PATH_IMAGE070
Figure 840760DEST_PATH_IMAGE071
其中，
Figure 387279DEST_PATH_IMAGE072
表示每个合加速度在X轴方向上分量，
Figure 232875DEST_PATH_IMAGE073
表示每个合加速度在Y轴方向上 分量，
Figure 912730DEST_PATH_IMAGE074
表示每个合加速度在Z轴方向上分量，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S334、利用希尔伯特黄变换边际谱计算所述X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量值的希尔伯特黄变换边际谱，并基于所述希尔伯特黄变换边际谱计算X轴、Y轴和Z轴三个方向的计算每个取样点的围岩结构稳定性修正系数。
可以理解的是上述步骤中的X轴、Y轴和Z轴三个方向的围岩结构稳定性修正系数的计算公式包括：
Figure 83949DEST_PATH_IMAGE076
Figure 383343DEST_PATH_IMAGE078
Figure 298209DEST_PATH_IMAGE080
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
表示X轴方向的围岩结构稳定性修正系数，
Figure 304343DEST_PATH_IMAGE082
表示Y轴方向的围岩结构 稳定性修正系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE083
表示Z轴方向的围岩结构稳定性修正系数，
Figure 849725DEST_PATH_IMAGE084
表示希尔伯特黄变 换边际谱，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
可以理解的是上述步骤中的围岩结构稳定性修正系数的计算公式为：
Figure 636415DEST_PATH_IMAGE086
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE087
表示围岩结构稳定性修正系数，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
可以理解的是上述步骤可以理解的是由于岩体的不均质性，会造成其在不同方向下自然噪声的响应也存在差异，为了减少由于自身不均质性的不良影响，因此对各方向上的加速度都进行修正，进而提高对每个取样点的岩体的等级评定的准确性。
在本公开的一种具体实施方式中，所述步骤S4包括步骤S41、步骤S42和步骤S43。
步骤S41、将所述第五信息、第四信息内每个取样点的围岩位移影响系数和每个取样点的围岩基本质量指标进行计算，得到每个取样点的围岩的分级评定指数；
可以理解的是上述步骤中的围岩的分级评定指数的计算公式为：
Figure 18287DEST_PATH_IMAGE089
其中，
Figure 206823DEST_PATH_IMAGE090
表示围岩的分级评定指数，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S42、将所述每个取样点的围岩的分级评定指数进行围岩分级模糊系数计算，得到每个取样点的围岩分级模糊系数；
可以理解的是上述步骤中的围岩分级模糊系数的计算公式为：
Figure 719844DEST_PATH_IMAGE092
其中，
Figure 993831DEST_PATH_IMAGE093
表示围岩的分级评定指数，其余参数含义参见上述步骤中已有说明。
步骤S43、将每个所述取样点的围岩分级模糊系数进行取整，得到每个取样点的围岩等级。
可以理解的是本发明通过综合计算围岩的各方面力学特性，进而定量的对每个取样点的围岩等级进行计算，进而通过定量的方式来评定每个取样点的围岩等级。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供了一种铁路隧道的围岩分级装置，所述装置包括第一获取单元701、第一计算单元702、第二计算单元703和第一处理单元704。
第一获取单元701，用于获取第一信息、第二信息和第三信息，所述第一信息包括隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，所述第二信息包括围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，所述第三信息包括监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，所述三向加速度包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的加速度，所述三向位移包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位移；
第一计算单元702，用于将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，得到第四信息，所述第四信息为每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数；
第二计算单元703，用于将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，得到第五信息，所述第五信息包括每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数；
第一处理单元704，用于基于所述第五信息确定每个取样点的分级模糊系数，并基于每个取样点的所述分级模糊系数确定每个取样点的围岩等级。
在本公开的一种具体实施方式中，所述第一计算单元702包括第一处理子单元7021、第一计算子单元7022、第二处理子单元7023和第二计算子单元7024。
第一处理子单元7021，用于基于岩体完整性指数计算公式对所述第一信息内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度进行处理，得到每个取样点的岩体完整性指数；
第一计算子单元7022，用于基于围岩基本质量指标计算公式对所述每个取样点的岩体完整性指数和第二信息内每个取样点的单轴饱和抗压强度进行处理，得到每个取样点的围岩基本质量指标；
第二处理子单元7023，用于基于围岩的总位移计算公式对所述第三信息内的每个取样点的三向位移进行处理，得到每个取样点的围岩总位移；
第二计算子单元7024，用于基于预设的监测设备宽度值、预设的监测设备高度值、每个取样点的所述围岩总位移、每个取样点的所述单轴饱和抗压强度和每个取样点的所述三向位移进行围岩位移影响系数计算，得到每个取样点内围岩位移影响系数。
在本公开的一种具体实施方式中，所述第二计算子单元7024包括第一分类子单元70241、第三处理子单元70242、第四处理子单元70243和第五处理子单元70244。
第一分类子单元70241，用于根据所有所述取样点的位置进行分类，其中将位于所述监测设备正上方的所有取样点作为拱顶取样点，将剩余的所有的取样点作为非拱顶取样点；
第三处理子单元70242，用于基于所有取样点的单轴饱和抗压强度确定每个取样点的普氏系数；
第四处理子单元70243，用于基于拱顶取样点的计算公式对所述拱顶取样点的所述普氏系数、监测设备宽度值、每个拱顶取样点的围岩总位移和每个拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个拱顶取样点内围岩位移影响系数；
第五处理子单元70244，用于基于非拱顶取样点的计算公式对所述非拱顶取样点的普氏系数、监测设备高度值、每个非拱顶取样点的围岩总位移和每个非拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个非拱顶取样点内围岩位移影响系数。
在本公开的一种具体实施方式中，所述第二计算单元703包括第六处理子单元7031、第三计算子单元7032、第四计算子单元7033和第五计算子单元7034。
第六处理子单元7031，用于将每个取样点内所有含水率进行处理，得到每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率和每个取样点的平均含水率；
第三计算子单元7032，用于基于含水率修正系数的计算公式对每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率、每个取样点的平均含水率、每个取样点的最优含水率和每个取样点的围岩基本质量指标进行处理，得到每个取样点的含水率修正系数；
第四计算子单元7033，用于基于围岩结构稳定性修正系数的计算公式对每个取样点的三向加速度进行处理，得到每个取样点的围岩结构稳定性修正系数；
第五计算子单元7034，用于基于地应力修正系数的计算公式对每个取样点的围岩基本质量指标、每个取样点的单轴饱和抗压强度和每个取样点的最大初始地应力进行处理，得到每个取样点的地应力修正系数。
在本公开的一种具体实施方式中，所述第四计算子单元7033包括第六计算子单元70331、第七计算子单元70332、第八计算子单元70333和第九计算子单元70334。
第六计算子单元70331，用于将每个取样点的三向加速度进行平均值计算，得到每个取样点的三向加速度的平均值；
第七计算子单元70332，用于基于每个取样点的三向加速的平均值和单向加速度系数计算公式进行单向加速度系数计算，得到每个取样点的单向加速度系数；
第八计算子单元70333，用于基于每个取样点的单向加速度系数进行合加速度计算，得到每个取样点的合加速度，并基于每个取样点的单向加速度系数计算每个合加速度在X轴、Y轴和Z轴上的分量，得到X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量值；
第九计算子单元70334，用于利用希尔伯特黄变换边际谱计算所述X轴、Y轴和Z轴三个方向的分量值的希尔伯特黄变换边际谱，并基于所述希尔伯特黄变换边际谱计算X轴、Y轴和Z轴三个方向的计算每个取样点的围岩结构稳定性修正系数。
在本公开的一种具体实施方式中，所述第一处理单元704包括第十计算子单元7041、第七处理子单元7042和第八处理子单元7043。
第十计算子单元7041，用于将所述第五信息、第四信息内每个取样点的围岩位移影响系数和每个取样点的围岩基本质量指标进行计算，得到每个取样点的围岩的分级评定指数；
第七处理子单元7042，用于将所述每个取样点的围岩的分级评定指数进行围岩分级模糊系数计算，得到每个取样点的围岩分级模糊系数；
第八处理子单元7043，用于将每个所述取样点的围岩分级模糊系数进行取整，得到每个取样点的围岩等级。
需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
实施例3：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种铁路隧道的围岩分级设备，下文描述的一种铁路隧道的围岩分级设备与上文描述的一种铁路隧道的围岩分级方法可相互对应参照。
图3是根据示例性实施例示出的一种铁路隧道的围岩分级设备800的框图。如图3所示，该铁路隧道的围岩分级设备800可以包括：处理器801，存储器802。该铁路隧道的围岩分级设备800还可以包括多媒体组件803，I/O接口804，以及通信组件805中的一者或多者。
其中，处理器801用于控制该铁路隧道的围岩分级设备800的整体操作，以完成上述的铁路隧道的围岩分级方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该铁路隧道的围岩分级设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该铁路隧道的围岩分级设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该铁路隧道的围岩分级设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，铁路隧道的围岩分级设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的铁路隧道的围岩分级方法。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的铁路隧道的围岩分级方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由铁路隧道的围岩分级设备800的处理器801执行以完成上述的铁路隧道的围岩分级方法。
实施例4：
相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种铁路隧道的围岩分级方法可相互对应参照。
一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的铁路隧道的围岩分级方法的步骤。
该可读存储介质具体可以为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存储程序代码的可读存储介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种铁路隧道的围岩分级方法，其特征在于，包括：
获取第一信息、第二信息和第三信息，所述第一信息包括隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，所述第二信息包括围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，所述第三信息包括监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，所述三向加速度包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的加速度，所述三向位移包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位移；
将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，得到第四信息，所述第四信息为每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数；
将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，得到第五信息，所述第五信息包括每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数；
基于所述第五信息确定每个取样点的分级模糊系数，并基于每个取样点的所述分级模糊系数确定每个取样点的围岩等级。
2.根据权利要求1所述的铁路隧道的围岩分级方法，其特征在于,将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，包括：
基于岩体完整性指数计算公式对所述第一信息内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度进行处理，得到每个取样点的岩体完整性指数；
基于围岩基本质量指标计算公式对所述每个取样点的岩体完整性指数和第二信息内每个取样点的单轴饱和抗压强度进行处理，得到每个取样点的围岩基本质量指标；
基于围岩的总位移计算公式对所述第三信息内的每个取样点的三向位移进行处理，得到每个取样点的围岩总位移；
基于预设的监测设备宽度值、预设的监测设备高度值、每个取样点的所述围岩总位移、每个取样点的所述单轴饱和抗压强度和每个取样点的所述三向位移进行围岩位移影响系数计算，得到每个取样点内围岩位移影响系数。
3.根据权利要求2所述的铁路隧道的围岩分级方法，其特征在于,所述基于预设的监测设备宽度值、预设的监测设备高度值、每个取样点的所述围岩总位移、每个取样点的所述单轴饱和抗压强度和每个取样点的所述三向位移进行围岩位移影响系数计算，包括：
根据所有所述取样点的位置进行分类，其中将位于所述监测设备正上方的所有取样点作为拱顶取样点，将剩余的所有的取样点作为非拱顶取样点；
基于所有取样点的单轴饱和抗压强度确定每个取样点的普氏系数；
基于拱顶取样点的计算公式对所述拱顶取样点的所述普氏系数、监测设备宽度值、每个拱顶取样点的围岩总位移和每个拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个拱顶取样点内围岩位移影响系数；
基于非拱顶取样点的计算公式对所述非拱顶取样点的普氏系数、监测设备高度值、每个非拱顶取样点的围岩总位移和每个非拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个非拱顶取样点内围岩位移影响系数。
4.根据权利要求1所述的铁路隧道的围岩分级方法，其特征在于,将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，包括：
将每个取样点内所有含水率进行处理，得到每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率和每个取样点的平均含水率；
基于含水率修正系数的计算公式对每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率、每个取样点的平均含水率、每个取样点的最优含水率和每个取样点的围岩基本质量指标进行处理，得到每个取样点的含水率修正系数；
基于围岩结构稳定性修正系数的计算公式对每个取样点的三向加速度进行处理，得到每个取样点的围岩结构稳定性修正系数；
基于地应力修正系数的计算公式对每个取样点的围岩基本质量指标、每个取样点的单轴饱和抗压强度和每个取样点的最大初始地应力进行处理，得到每个取样点的地应力修正系数。
5.一种铁路隧道的围岩分级装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取第一信息、第二信息和第三信息，所述第一信息包括隧道围岩内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度，所述第二信息包括围岩内每个取样点的单轴饱和抗压强度、最大初始地应力和最优含水率，所述第三信息包括监测设备监测到的每个取样点的三向加速度、含水率和三向位移，所述三向加速度包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的加速度，所述三向位移包括X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的位移；
第一计算单元，用于将所述第一信息、所述第二信息和所述第三信息发送至指标特征计算模块进行计算，得到第四信息，所述第四信息为每个取样点所在区域的围岩基本质量指标、围岩总位移和围岩位移影响系数；
第二计算单元，用于将所述第四信息和第二信息发送至修正系数计算模块进行计算，得到第五信息，所述第五信息包括每个取样点的含水率修正系数、结构稳定性修正系数和地应力修正系数；
第一处理单元，用于基于所述第五信息确定每个取样点的分级模糊系数，并基于每个取样点的所述分级模糊系数确定每个取样点的围岩等级。
6.根据权利要求5所述的铁路隧道的围岩分级装置，其特征在于，所述装置，包括：
第一处理子单元，用于基于岩体完整性指数计算公式对所述第一信息内每个取样点的岩体纵波速度和岩石纵波速度进行处理，得到每个取样点的岩体完整性指数；
第一计算子单元，用于基于围岩基本质量指标计算公式对所述每个取样点的岩体完整性指数和第二信息内每个取样点的单轴饱和抗压强度进行处理，得到每个取样点的围岩基本质量指标；
第二处理子单元，用于基于围岩的总位移计算公式对所述第三信息内的每个取样点的三向位移进行处理，得到每个取样点的围岩总位移；
第二计算子单元，用于基于预设的监测设备宽度值、预设的监测设备高度值、每个取样点的所述围岩总位移、每个取样点的所述单轴饱和抗压强度和每个取样点的所述三向位移进行围岩位移影响系数计算，得到每个取样点内围岩位移影响系数。
7.根据权利要求6所述的铁路隧道的围岩分级装置，其特征在于，所述装置，包括：
第一分类子单元，用于根据所有所述取样点的位置进行分类，其中将位于所述监测设备正上方的所有取样点作为拱顶取样点，将剩余的所有的取样点作为非拱顶取样点；
第三处理子单元，用于基于所有取样点的单轴饱和抗压强度确定每个取样点的普氏系数；
第四处理子单元，用于基于拱顶取样点的计算公式对所述拱顶取样点的所述普氏系数、监测设备宽度值、每个拱顶取样点的围岩总位移和每个拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个拱顶取样点内围岩位移影响系数；
第五处理子单元，用于基于非拱顶取样点的计算公式对所述非拱顶取样点的普氏系数、监测设备高度值、每个非拱顶取样点的围岩总位移和每个非拱顶取样点的三向位移进行处理，得到每个非拱顶取样点内围岩位移影响系数。
8.根据权利要求5所述的铁路隧道的围岩分级装置，其特征在于，所述装置，包括：
第六处理子单元，用于将每个取样点内所有含水率进行处理，得到每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率和每个取样点的平均含水率；
第三计算子单元，用于基于含水率修正系数的计算公式对每个取样点的最大含水率、每个取样点的最小含水率、每个取样点的平均含水率、每个取样点的最优含水率和每个取样点的围岩基本质量指标进行处理，得到每个取样点的含水率修正系数；
第四计算子单元，用于基于围岩结构稳定性修正系数的计算公式对每个取样点的三向加速度进行处理，得到每个取样点的围岩结构稳定性修正系数；
第五计算子单元，用于基于地应力修正系数的计算公式对每个取样点的围岩基本质量指标、每个取样点的单轴饱和抗压强度和每个取样点的最大初始地应力进行处理，得到每个取样点的地应力修正系数。
9.一种铁路隧道的围岩分级设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述铁路隧道的围岩分级方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述铁路隧道的围岩分级方法的步骤。
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