CN115310184A - 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统 - Google Patents

一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115310184A
CN115310184A CN202211013039.8A CN202211013039A CN115310184A CN 115310184 A CN115310184 A CN 115310184A CN 202211013039 A CN202211013039 A CN 202211013039A CN 115310184 A CN115310184 A CN 115310184A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blocks
tunnel
discontinuous
block
analyzing
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.)
Pending
Application number
CN202211013039.8A
Other languages
English (en)
Inventor
刘洪亮
范宏运
姜新波
郭永建
杨光宇
屠文锋
周申
刘洋
邹浩
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 CN202211013039.8A priority Critical patent/CN115310184A/zh
Publication of CN115310184A publication Critical patent/CN115310184A/zh
Priority to PCT/CN2023/095860 priority patent/WO2024041057A1/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明提供一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统，发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。本发明融合地震波探测数据，可实现隧道掌子面前方围岩块体垮塌灾害预测分析。

Description

一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统
技术领域
本发明属于隧道围岩稳定性分析技术领域，涉及一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
隧道施工过程中经常遭遇断层、节理等非连续地质体，极易诱发隧道围岩块体垮塌灾害。隧道围岩块体垮塌灾害具有强结构性特征，块体稳定性受结构面作用显著，现有研究多通过数值仿真模拟对岩体稳定性进行分析，而准确的岩体结构面信息对于围岩块体垮塌模拟则显得尤为重要。因此，亟待开展融合地震波探测数据的隧道围岩稳定性非连续变形分析方法研究，为隧道围岩块体垮塌灾害防控提供依据。
现阶段，针对围岩块体稳定性分析的数值计算方法以块体离散元方法(B-DEM)为主，该方法采用显示积分求解，相比采用隐式积分求解的三维非连续变形分析方法在仿真模拟准确度方面存在较明显的劣势，难以真实反映块体与块体之间的接触情况及变形位移。此外，现有的围岩块体垮塌数值模拟中，岩体结构面数据多采用数字摄像等手段获取岩体表面的结构面信息，难以有效获取隧道掌子面前方围岩岩体结构面数据，导致数值模拟结果与实际存在偏差。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统，本发明融合地震波探测数据，可实现隧道掌子面前方围岩块体垮塌灾害预测分析。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，包括以下步骤：
发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；
根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；
模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；
基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。
作为可选择的实施方式，所述几何参数包括岩体结构面倾向和倾角。
作为可选择的实施方式，构建三维非连续数值计算模型时，根据需求，确定模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数和地应力。
作为可选择的实施方式，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括，记录每个块体初始位置信息，对各块体施加地应力，利用三维非连续变形分析方法，分析每个块体的位移。
作为可选择的实施方式，记录每个竖向位移大于设定值的块体的编号。
一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，包括：
地震波预报系统，用于发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；
模型构建模块，被配置为根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；
运动模拟模块，被配置为模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；
预测分析模块，被配置为基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于隧道地震波预报系统，通过地震波信号反射原理，获取岩体结构面倾向、倾角等几何参数及岩石的物理力学参数；
本发明基于三维非连续变形分析方法，实现了隧道开挖完成后围岩块体运动过程及相互作用的准确模拟，为隧道掌子面前方围岩块体垮塌灾害预测分析奠定了基础；
本发明通过实时监测隧道开挖完成后的围岩块体竖向位移，解决了隧道危险块体的判识难题；
本发明融合地震波探测数据，开展隧道围岩稳定性非连续变形分析，预测隧道围岩块体垮塌灾害发生的高风险区域，有效指导隧道安全施工，解决了破碎带等非连续地质环境下的隧道围岩块体垮塌灾害仿真模拟及预测分析难题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的方法流程图；
图2是本方法中的隧道地震波预报获取岩体结构面模型图；
图3是本方法中隧道围岩块体垮塌灾害数值计算效果图。
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，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
如图1所示，一种融合地震波探测数据的隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，包括以下步骤：
采用地震波预报系统(本实施例采用TSP203 Plus)探测隧道掌子面前方岩体结构面，如图2所示，获取结构面的倾向、倾角等几何参数；
根据模拟的实际需求设定计算模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数、地应力等信息，并依据地震波预报系统探测获取的结构面几何参数，在计算模型中添加岩体结构面模型；
基于三维非连续变形分析方法，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移若大于设定值(本实施例中为50mm)则划分为垮塌块体，否则为安全块体，记录危险块体编号(n1,n2,···nn)；
依据数值仿真模拟结果，分析隧道掌子面前方存在围岩块体垮塌灾害的潜在风险区域。如图3所示。
本发明解决了节理岩体隧道围岩块体垮塌灾害的风险分析及预测难题，融合地震波探测数据，采用三维非连续变形分析方法，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，识别隧道危险块体的位置，为隧道危险块体垮塌灾害防控提供依据。
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/或方框图来描述的。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、嵌入式处理机或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。
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。
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 (10)

1.一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，包括以下步骤：
发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；
根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；
模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；
基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。
2.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，所述几何参数包括岩体结构面倾向和倾角。
3.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，构建三维非连续数值计算模型时，根据需求，确定模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数和地应力。
4.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括，记录每个块体初始位置信息，对各块体施加地应力，利用三维非连续变形分析方法，分析每个块体的位移。
5.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法，其特征是，记录每个竖向位移大于设定值的块体的编号。
6.一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，其特征是，包括：
地震波预报系统，用于发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象，依据反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数；
模型构建模块，被配置为根据分析需求，构建三维非连续数值计算模型，依据得到的几何参数，在计算模型中添加岩体结构面；
运动模拟模块，被配置为模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程，并实时监测每个块体的竖向位移，将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体，否则为安全块体；
预测分析模块，被配置为基于模拟结果，预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。
7.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，其特征是，所述地震波预报系统的几何参数包括岩体结构面倾向和倾角。
8.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，其特征是，所述模型构建模块，被配置为构建三维非连续数值计算模型时，根据需求，确定模型的尺寸、固定点、加载点、监测点、节理参数、孔洞参数和地应力。
9.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，其特征是，所述运动模拟模块，被配置为模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括，记录每个块体初始位置信息，对各块体施加地应力，利用三维非连续变形分析方法，分析每个块体的位移。
10.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统，其特征是，所述运动模拟模块，被配置为记录每个竖向位移大于设定值的块体的编号。
CN202211013039.8A 2022-08-23 2022-08-23 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统 Pending CN115310184A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211013039.8A CN115310184A (zh) 2022-08-23 2022-08-23 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统
PCT/CN2023/095860 WO2024041057A1 (zh) 2022-08-23 2023-05-23 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211013039.8A CN115310184A (zh) 2022-08-23 2022-08-23 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115310184A true CN115310184A (zh) 2022-11-08

Family

ID=83864482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211013039.8A Pending CN115310184A (zh) 2022-08-23 2022-08-23 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115310184A (zh)
WO (1) WO2024041057A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117313506A (zh) * 2023-10-23 2023-12-29 山东科技大学 一种隧道围岩拓扑安全系数及稳定性评估方法
WO2024041057A1 (zh) * 2022-08-23 2024-02-29 山东大学 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117852416B (zh) * 2024-03-07 2024-05-10 山东大学 基于数字化地质模型的多模态注浆预控分析方法及系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108104822B (zh) * 2017-12-13 2019-06-07 中冶交通建设集团有限公司 一种隧道穿越大型岩溶空洞施工地质灾害实时预测方法
CN108107467A (zh) * 2017-12-28 2018-06-01 中国地质大学（武汉） 一种隧道超前地质预报自动监测系统
CN111927558B (zh) * 2020-10-13 2021-01-12 中国科学院武汉岩土力学研究所 动水软弱围岩隧道全断面掘进的安全预警方法及装置
CN114355447B (zh) * 2022-01-13 2022-09-02 中国安能集团第三工程局有限公司 一种隧道工程围岩等级快速划分方法及装置
CN115310184A (zh) * 2022-08-23 2022-11-08 山东大学 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024041057A1 (zh) * 2022-08-23 2024-02-29 山东大学 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统
CN117313506A (zh) * 2023-10-23 2023-12-29 山东科技大学 一种隧道围岩拓扑安全系数及稳定性评估方法
CN117313506B (zh) * 2023-10-23 2024-04-19 山东科技大学 一种隧道围岩拓扑安全系数及稳定性计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024041057A1 (zh) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115310184A (zh) 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法及系统
Ferrante et al. Discontinuous approaches for nonlinear dynamic analyses of an ancient masonry tower
WO2021008282A1 (zh) 基于实测地震动的地震滑坡速报分析方法及装置
Ponzo et al. A fast method for structural health monitoring of Italian reinforced concrete strategic buildings
CN114021487B (zh) 一种山坡崩塌的预警方法、装置、设备及可读存储介质
JP6671607B2 (ja) 構造物の影響予測システム
CN108983285A (zh) 一种基于矩张量的多种震源波场模拟方法及装置
Sokolov et al. Seismic hazard from instrumentally recorded, historical and simulated earthquakes: application to the Tibet–Himalayan region
Fan et al. Advanced stability analysis method for the tunnel face in jointed rock mass based on DFN-DEM
Peng et al. Structural surrogate model and dynamic response prediction with consideration of temporal and spatial evolution: An encoder–decoder ConvLSTM network
CN108680968B (zh) 复杂构造区地震勘探数据采集观测系统评价方法及装置
Brown Seismic hazard evaluation using apparent stress ratio for mining-induced seismic events
JP2003296396A (ja) 建物の期待ライフサイクルコスト評価システムおよび期待ライフサイクルコスト評価プログラムを記録した記録媒体
CN116822285A (zh) 一种边坡失稳规模的估算方法、装置、设备及存储介质
CN109521221B (zh) 一种钻爆法施工硬岩隧道微震波波速实时获取方法
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
CN107764899A (zh) 一种岩体声发射监测定位方法、装置及系统
CN114565712A (zh) 基于空区扫描三维同步建模与地压响应处理方法和系统
Zhang et al. Improvement of microseismic source location during cavern excavation in faulted rock mass using fast marching method
CN112031755A (zh) 一种压裂监测装置、方法、系统、电子设备及存储介质
CN112100796A (zh) 防止页岩气井中套管受损的钻井轨迹确定方法及装置
Harati et al. Methodology to generate earthquake-tsunami fragility surfaces for community resilience modeling
CN114323916B (zh) 一种确定深部岩石受扰敏感性的方法
Mykoniou et al. Dynamic foundation-soil interaction: A comparative study
CN118011482A (zh) 基于多深度神经网络的tbm掘进噪声数据成像方法

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