CN115048884B - 一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法 - Google Patents

一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，包括：获取多个历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设模板进行数据存储得到数据库；根据历史样本的状态变量和特征信息，计算样本的稳定性参数；建立特征信息和稳定性参数的关联分析模型；采集工作面的特征信息，并输入到关联分析模型中，得到实时稳定性参数；若实时稳定性参数大于稳定性参数阈值，将工作面的特征信息映射到数据库中，以用于关联分析模型的验证和重构；若实时稳定性参数小于或等于稳定性参数阈值，则立即停止作业。本发明实现了对岩石损伤破裂数据的标准化处理和记录，能够为工程灾害预警提供有力的数据依托和初级预警判断。

Description

一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法
技术领域
本发明涉及工程地质探测技术领域，特别涉及一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法。
背景技术
实际工程中的岩体往往赋存于一个应力场、渗流场耦合的地质环境系统中。这种耦合作用体现在：一方面，地下水以孔隙压力的方式作用于岩体，从而改变应力场分布；另一方面，应力场的改变会诱发岩体裂隙萌生、扩展、贯通等，进而改变地下水的渗流状态，这种现象被称之为渗流应力耦合，渗流应力耦合作用是加剧岩体损伤破裂和诱发工程灾害的重要原因之一。
天然岩体中存在着大量原生裂隙，导致岩体的破坏特性极为复杂，表现为高度的各向异性和非线性，裂隙岩体的力学特性、稳定性、破坏形式等往往由岩体中的裂隙所决定，而不是由岩体基质本身所决定，这是由于岩体的破坏是由裂隙萌生、扩展、贯通造成的。这一裂隙演化过程被认为是岩体破坏的本质原因，渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂问题是大量岩体工程灾害防治中的一个关键难题，合理记录和正确认识渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据，对于深入揭示工程地质灾害发生机理，实现超前预警都具有重要的意义。
渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据不仅是对勘探工作的留痕，更是工程地质灾害分析、灾害发生机理研究以及工程建设管理的有力数据依据。但由于岩石基质数不同、渗流条件差异以及损伤劈裂模式不同等等，导致数据呈现千变万化的复杂性，数据形式不统一，形成数据孤岛，无法集中式用于灾害机理分析、灾害预判等。
发明内容
本发明提供了一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，通过预设模板进行数据存储得到数据库，实现了对岩石损伤破裂数据的标准化处理，为工程灾害预警提供有力的数据依托，通过建立关联分析模型实现岩石损伤破裂数据的初级预警判断，为地质工程作业的安全性提供参考。
本发明的技术方案为：
一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，包括
获取多个历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设模板进行数据存储得到数据库；
根据历史样本的状态变量和特征信息，计算样本的稳定性参数；
建立特征信息和稳定性参数的关联分析模型；
采集工作面的特征信息，并输入到关联分析模型中，得到实时稳定性参数；
若实时稳定性参数大于稳定性参数阈值，将工作面的特征信息映射到数据库中，以用于关联分析模型的验证和重构；
若实时稳定性参数小于或等于稳定性参数阈值，则立即停止作业。
优选的是，状态变量包括岩石材质的弹性模量、泊松比和粘聚力系数；特征信息包括水头高度、渗流速度、裂隙长度、裂隙倾角和破裂模式。
优选的是，按照预设模板进行数据存储，具体包括：
将历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设分块方式进行数据分块，并排布成序列数据；
获取历史样本的岩石损伤破裂数据中包括的数据结构层次；
按照由高到低的顺序，按照预设的搜寻规则，逐一层次进行数据优化搜索。
优选的是，数据分块按照裂隙位置和/或裂隙大小排序得到序列数据。
优选的是，搜寻规则包括：
按照数据格式进行数值与模板方块的分类划分；
将序列数据与预设的序列模板，进行差异化计算；
判断差异化计算是否达到预设条件；
若是，则保留差异值小于等于差异阈值要求的指定方格，在指定方格的分布区域上，将序列数据映射到序列模板上。
优选的是，还包括判断数据结构层次中两个连续的层级上，分别计算差异度后，方格的分布状态是否发生改变；
若否，则判定差异化计算达到预设条件。
优选的是，差异度的计算公式为：
Figure 439947DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 70780DEST_PATH_IMAGE002
表示差异度，
Figure 929014DEST_PATH_IMAGE003
表示数据块与模板差异项目的数量，
Figure 118425DEST_PATH_IMAGE004
表示差异项目数据的平均偏差，
Figure 796531DEST_PATH_IMAGE005
表示相同项目的数量，
Figure 496634DEST_PATH_IMAGE006
表示相同项目数据的平均偏差。
优选的是，稳定性参数通过计算获得，其计算公式为：
Figure 350320DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 336731DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure 643078DEST_PATH_IMAGE009
表示样本稳定性参数，
Figure 740347DEST_PATH_IMAGE010
表示裂隙编号，
Figure 681496DEST_PATH_IMAGE011
表示裂隙数量，
Figure 838808DEST_PATH_IMAGE012
表示第
Figure 366873DEST_PATH_IMAGE013
个裂隙的稳定性参数，
Figure 267833DEST_PATH_IMAGE014
表示渗流速度，
Figure 830532DEST_PATH_IMAGE015
表示破裂模式对应的损伤系数，
Figure 299691DEST_PATH_IMAGE016
表示水头高度，
Figure 439685DEST_PATH_IMAGE017
表示裂隙长度，
Figure 252658DEST_PATH_IMAGE018
表示裂隙角度。
优选的是，还包括：
建立特征信息的重构模型，建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型；
将工作面的特征信息输入到关联分析模型，得到工作面的稳定性参数；
其中，重构模型计算公式为：
Figure 580783DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，
Figure 79898DEST_PATH_IMAGE020
表示重构系数，
Figure 346669DEST_PATH_IMAGE021
表示岩石材质的弹性模量，
Figure 995956DEST_PATH_IMAGE022
表示岩石材质的泊松比，
Figure 329985DEST_PATH_IMAGE023
表示粘聚力系数，
Figure 875367DEST_PATH_IMAGE024
表示时间偏差，
Figure 895013DEST_PATH_IMAGE025
表示测量偏差。
一种电子设备，包括应用处理器和存储器，处理器用于实现存储器中存储的计算机管理程序式时实现上述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法的步骤。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，通过预设模板进行数据存储得到数据库，实现了对岩石损伤破裂数据的标准化处理和记录，为工程灾害预警提供有力的数据依托，通过建立关联分析模型实现岩石损伤破裂数据的初级预警判断，为地质工程作业的安全性提供参考。
2、本发明提供的一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，通过建立特征信息的重构模型，进而建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型，不仅考虑了特征信息对于渗流应力耦合作用下地质灾害发生的影响，同时也考虑了实际地址状态变量对于地质灾害发生的影响，可以提高关联分析模型预警分析的准确性。
附图说明
图1为本发明提供的实施例中一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法流程图。
图2为本发明提供的实施例中按照预设模板进行数据存储的流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，包括：
S100、获取多个历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设模板进行数据存储得到数据库；
S200、根据历史样本的状态变量和特征信息，计算样本的稳定性参数；
其中，状态变量包括岩石材质的弹性模量、泊松比和粘聚力系数；特征信息包括水头高度、渗流速度、裂隙长度、裂隙倾角和破裂模式。
进一步的，稳定性参数通过计算获得，其计算公式为：
Figure 82412DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 864423DEST_PATH_IMAGE027
；
其中，
Figure 846286DEST_PATH_IMAGE028
表示样本稳定性参数，
Figure 57956DEST_PATH_IMAGE029
表示裂隙编号，
Figure 908100DEST_PATH_IMAGE030
表示裂隙数量，
Figure 670518DEST_PATH_IMAGE031
表示第
Figure 88861DEST_PATH_IMAGE032
个裂隙的稳定性参数，
Figure 178040DEST_PATH_IMAGE033
表示渗流速度，
Figure 176083DEST_PATH_IMAGE034
表示破裂模式对应的损伤系数，
Figure 808052DEST_PATH_IMAGE035
表示水头高度，
Figure 256351DEST_PATH_IMAGE036
表示裂隙长度，
Figure 206727DEST_PATH_IMAGE037
表示裂隙角度。
S300、建立特征信息和稳定性参数的关联分析模型；
具体的，首先建立特征信息的重构模型，重构模型计算公式为：
Figure 274040DEST_PATH_IMAGE038
；
其中，
Figure 760517DEST_PATH_IMAGE039
表示重构系数，
Figure 114138DEST_PATH_IMAGE040
表示岩石材质的弹性模量，
Figure 787695DEST_PATH_IMAGE041
表示岩石材质的泊松比，
Figure 783333DEST_PATH_IMAGE042
表示粘聚力系数，
Figure 622851DEST_PATH_IMAGE043
表示时间偏差，
Figure 22740DEST_PATH_IMAGE044
表示测量偏差。
进而建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型；
本申请关联分析模型的建立包括但不限于神经网络模型、聚类分析模型、卷积神经网络模型等多种建模方式。
通过建立特征信息的重构模型，进而建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型，不仅考虑了特征信息对于渗流应力耦合作用下地质灾害发生的影响，同时也考虑了实际地址状态变量对于地质灾害发生的影响，可以提高关联分析模型预警分析的准确性。
S400、采集工作面的特征信息，并输入到关联分析模型中，得到实时稳定性参数；
其中，工作面的特征分析优选以预设模板数据的分块，排序方式进行采集，以减少后续数据处理的步骤。
S500、判断实时稳定性参数是否大于稳定性参数阈值，若实时稳定性参数大于稳定性参数阈值，则说明当前工作面地质稳定性强，直接将工作面的特征信息映射到数据库中，以用于关联分析模型的验证和重构，大量数据积累可以不断验证和修正关联分析模型，以提高关联分析模型的稳定性和准确性；若实时稳定性参数不大于稳定性参数阈值，则说明当前工作面地质稳定性差，需要立即停止作业，对当前采集数据进行精确研判，以保证地质工程的安全。
进一步的，按照预设模板进行数据存储，具体包括：
S110、将历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设分块方式进行数据分块，并排布成序列数据；
在本实施例中，数据分块按照裂隙位置和/或裂隙大小排序得到序列数据。
S120、获取历史样本的岩石损伤破裂数据中包括的数据结构层次；
其中，数据结构层次通过数据统计方法，在具体的实施例中，岩石损伤破裂数据的结构层次可以是：第一层级为作业类型，第二层级为岩石劈裂模式，第三层级为状态变量和特征信息。
S130、按照由高到低的顺序，按照预设的搜寻规则，逐一层次进行数据优化搜索。
进一步的，搜寻规则包括：
按照数据格式进行数值与模板方块的分类划分；
将序列数据与预设的序列模板，进行差异化计算；
其中，差异度的计算公式为：
Figure 308227DEST_PATH_IMAGE045
；
其中，
Figure 982922DEST_PATH_IMAGE046
表示差异度，
Figure 37466DEST_PATH_IMAGE047
表示数据块与模板差异项目的数量，
Figure 873835DEST_PATH_IMAGE048
表示差异项目数据的平均偏差，
Figure 817258DEST_PATH_IMAGE049
表示相同项目的数量，
Figure 764485DEST_PATH_IMAGE050
表示相同项目数据的平均偏差。
判断差异化计算是否达到预设条件；
若是，则保留差异值小于等于差异阈值要求的指定方格，在指定方格的分布区域上，将序列数据映射到序列模板数据上。
进一步的，还包括判断数据结构层次中两个连续的层级上，分别计算差异度后，方格的分布状态是否发生改变；
若否，则判定差异化计算达到预设条件。
在一个具体实施例中，若当前层级中计算得到的差异度大，则可直接省略下一层级的差异度计算。但当前层级计算中差异度小于阈值，下一层级的差异度计算与当前层级的差异度计算并不存在必然联系，需要对下一层级的差异度进行重新计算。
在本实施例中，历史样本为地质工程施工或探测过程的整个样本数据，通过将历史样本数据按照探测顺序、单个工作面数据中裂隙位置和/或裂隙大小排序得到序列数据，然后将序列数据与序列模板数据逐一层次的进行差异化比较和计算，以减少相似比较过程中的搜索空间，以便将序列数据快速、精准地与序列模板数据建立映射关系，实现序列数据的标准化管理和岩石损伤破裂数据的标准化处理，为后续的数据分析、灾害机理研究以及地质工程灾害预警提供有力的数据依据。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，通过预设模板进行数据存储得到数据库，实现了对岩石损伤破裂数据的标准化处理，为工程灾害预警提供有力的数据依托，通过建立关联分析模型实现岩石损伤破裂数据的初级预警判断，为地质工程作业的安全性提供参考。本发明通过建立特征信息的重构模型，进而建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型，不仅考虑了特征信息对于渗流应力耦合作用下地质灾害发生的影响，同时也考虑了实际地址状态变量对于地质灾害发生的影响，可以提高关联分析模型预警分析的准确性。
以上内容仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，包括：
获取多个历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设模板进行数据存储得到数据库；
根据所述历史样本的特征信息，计算样本的稳定性参数；
所述特征信息包括水头高度、渗流速度、裂隙长度、裂隙倾角和破裂模式；
所述稳定性参数通过计算获得，其计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示样本稳定性参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示裂隙编号，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示裂隙数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示第
Figure 931393DEST_PATH_IMAGE008
个裂隙的稳定性参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示渗流速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示破裂模式对应的损伤系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示水头高度，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示裂隙长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示裂隙角度；
建立状态变量和所述特征信息的重构模型，进而建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型；所述状态变量包括岩石材质的弹性模量、泊松比和粘聚力系数；
采集工作面的特征信息，并输入到所述关联分析模型中，得到实时稳定性参数；
若所述实时稳定性参数大于稳定性参数阈值，将所述工作面的特征信息映射到所述数据库中，以用于所述关联分析模型的验证和重构；
若所述实时稳定性参数小于或等于所述稳定性参数阈值，则立即停止作业。
2.如权利要求1所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，所述按照预设模板进行数据存储，具体包括：
将所述历史样本的岩石损伤破裂数据，按照预设分块方式进行数据分块，并排布成序列数据；
获取所述历史样本的岩石损伤破裂数据中包括的数据结构层次；
按照由高到低的顺序，按照预设的搜寻规则，逐一层次进行数据优化搜索。
3.如权利要求2所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，所述数据分块按照裂隙位置和/或裂隙大小排序得到序列数据。
4.如权利要求3所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，所述搜寻规则包括：
按照数据格式进行数值与模板方块的分类划分；
将所述序列数据与预设的序列模板，进行差异化计算；
判断所述差异化计算是否达到预设条件；
若是，则保留差异值小于等于所述差异阈值要求的指定方格，在所述指定方格的分布区域上，将所述序列数据映射到所述序列模板上。
5.如权利要求4所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，还包括判断所述数据结构层次中两个连续的层级上，分别计算差异度后，所述方格的分布状态是否发生改变；
若否，则判定所述差异化计算达到预设条件。
6.如权利要求5所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，所述差异度的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
表示差异度，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
表示数据块与模板差异项目的数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
表示差异项目数据的平均偏差，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示相同项目的数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
表示相同项目数据的平均偏差。
7.如权利要求6所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法，其特征在于，还包括：
建立所述状态变量和所述特征信息的重构模型，进而建立重构模型与稳定性参数的关联分析模型；
将工作面的特征信息输入到所述关联分析模型，得到所述工作面的稳定性参数；
其中，所述重构模型计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
表示重构系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
表示岩石材质的弹性模量，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
表示岩石材质的泊松比，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
表示粘聚力系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
表示时间偏差，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
表示测量偏差。
8.一种电子设备，包括应用处理器和存储器，其特征在于，所述处理器用于实现所述存储器中存储的计算机管理程序式时实现如权利要求1-7中任一项所述的渗流应力耦合作用下岩石损伤破裂数据化记录方法的步骤。
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