CN115455706A - 考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法及相关组件 - Google Patents

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CN115455706A
CN115455706A CN202211136020.2A CN202211136020A CN115455706A CN 115455706 A CN115455706 A CN 115455706A CN 202211136020 A CN202211136020 A CN 202211136020A CN 115455706 A CN115455706 A CN 115455706A
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Abstract

本发明公开了一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法及相关组件。该方法包括获取样本区域内的所有样本节理面数据；基于所有的样本节理面数据，离散裂隙网络模型；获取监测区域的微震数据，并基于微震数据计算新生破裂面的几何参数；将新生破裂面的几何参数导入离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；在三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于交点计算得到目标RQD值。该方法得到的三维离散裂隙网络计算模型是将样本区域的岩体用三维模型构建出来，进而动态模拟岩体的状态，以便于更快捷有效的评估岩体质量，即可以快速且准确获取到目标RQD值，提高岩体质量评价的准确性。

Description

考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法及相关组件
技术领域
本发明涉及数据建模领域，尤其涉及一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法及相关组件。
背景技术
目前随着国民经济发展对基础设施的迫切需求，地下工程建设数量逐步增多，这样经常不可避免的需要开挖岩土体。在开挖过程中，岩体卸荷对地下工程岩体的稳定性影响较大。因此，对开挖卸荷破裂效应下的地下工程区域岩体的质量评估具有十分重要的意义。其中，准确把握岩体结构面几何特征对于岩体质量评价与稳定性分析至关重要。
天然状态下，岩体的结构面参数可由传统的人工现场接触测量法测得，通过以皮尺和罗盘为主要工具，人工逐一量测、调查采集结构面信息，如测线法、测窗法等。同时，在开挖过程中，岩体内会产生卸荷诱发的新生破裂面，这些破裂面的参数采用传统的测线法较难获得。微震监测是一种无损的实时被动监测技术，其研究的是岩石破裂，岩石开挖施工过程中存在着无数的岩石破裂的过程，因此，微震监测技术能够监测到卸荷破裂效应下岩石内结构面孕育的全过程。通过实时的微震监测，可以及时掌握准确、有效的新生破裂面参数，有利进一步的岩体质量评估工作。长久以来，人们主要依靠有限的钻孔和有限的岩石出露面来推测岩体质量，积累了大量经验并取得了丰富的研究成果，其中最具代表性描述岩体质量的是RMR岩体工程分类系统和Q分类系统。而作为这些分类系统中的一项重要评价参数，岩石质量指标RQD得到了广大工程人员的一致认可，并被广泛应用于岩体工程。同时，天然状态下的岩体在传统的钻孔测线方法下，虽然较繁琐，但依然能准确有效的测量并计算岩体的RQD值。
然而针对开挖岩体的卸荷破裂效应，其内部会产生新生破裂面，传统的钻孔测线方法无法准确有效的计算岩体的RQD值。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法、装置及相关组件，旨在解决现有钻孔测线方法无法准确有效的计算岩体的RQD值问题。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法，其包括：
基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；
基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；
基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；
将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；
在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值。
另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置，其包括：
样本节理面数据获取单元，用于基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；
离散裂隙网络模型建立单元，用于基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；
新生破裂面的几何参数计算单元，用于基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；
三维离散裂隙网络计算模型建立单元，用于将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；
RQD值计算单元，用于在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值。
另外，本发明实施例又提供了一种计算机设备，其包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行上述第一方面所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
本发明实施例公开了一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法、装置及相关组件，其中，方法包括：基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值。该方法得到的三维离散裂隙网络计算模型是将样本区域的岩体用三维模型构建出来，进而动态模拟岩体的状态，以便于更快捷有效的评估岩体质量，即可以快速且准确获取到目标RQD值，提高岩体质量评价的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的节理面极点图；
图3为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的节理极点等密度图；
图4为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的节理参数直方图和拟合曲线；
图5为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的三维离散裂隙网络计算模型；
图6为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的三维离散裂隙网络计算模型中的模拟钻孔的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的三维离散裂隙网络计算模型中的模拟钻孔的二维截面图；
图8为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置的示意性框图；
图9为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。
具体实施方式
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。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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的流程示意图；
如图1所示，该方法包括步骤S101～S105。
S101、基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；
S102、基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；
S103、基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；
S104、将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；
S105、在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值。
在本实施例中，通过人工现场接触测量，以皮尺和罗盘为主要工具，调查采集样本区域的天然岩体结构面对应的样本节理面数据，需要说明的是，每一样本区域的天然岩体具有多个节理面，需要收集每一节理面的样本节理面数据，然后基于收集的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型。
需要说明的是，本申请的ESG微震监测系统包括ESG微震监测的数据采集盒、主机(通常为电脑端)和多个传感器，在安装的时候，以地下工程的局部区域岩体作为监测区域(即本申请的样本区域)，将ESG微震监测系统所配备的传感器安装在所要评估质量的岩体区域，安装的传感器至少为6支，传感器的布置方式应使传感器能在空间形成网状结构并将监测区域覆盖，将各传感器与ESG微震监测的数据采集盒连接，然后将数据采集盒与处理数据信号的主机相连，其中，地下工程的开挖过程会诱导监测区域产生微震事件，在地下工程的开挖过程中，通过ESG微震监测系统对监测区域进行监测，测定监测区域产生的微震事件的微震数据，微震数据包括震源位置及微震发生时间，需要说明的是，开挖卸荷会诱发岩石出现新生破裂面。
在获取到样本区域对应的微震数据后，计算对应的新生破裂面的几何参数，然后将得到的新生破裂面的几何参数输入至离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；最后利用三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值。
本申请得到的三维离散裂隙网络计算模型是将样本区域的岩体用三维模型构建出来，进而动态模拟岩体的状态，以便于更快捷有效的评估岩体质量，即可以快速且准确获取到目标RQD值，提高岩体质量评价的准确性。
利用微震监测技术捕捉开挖卸荷诱发的岩石新生破裂面几何参数，并通过3DEC软件将特定区域的岩体用三维模型构建出来，动态模拟岩体状态，以便于更快捷有效的评估岩体质量。
具体一实施例中，所述步骤S101包括以下步骤：
S10、划定样本区域，获取所述样本区域的样本参数，其中，所述样本参数数据包括半迹长参数、间距参数、走向参数、倾向参数和倾角参数；
S11、将所述样本参数转化为对应的样本格式，并基于转换后的样本数据绘制出对应的节理面极点图和节理极点等密度图；
S12、基于预设的区域选择规则，在所述节理面极点图和节理极点等密度图中选取对应的所有区域并分组，得到对应的目标区域；
S13、计算每一所述目标区域对应圆盘的圆盘直径参数和节理面数量参数。
在本实施例中，需要说明的是，走向参数、倾向参数和倾角参数也叫做节理面的产状数据，在实际获取样本区域的样本参数时，需要按照走向、倾向、倾角的顺序依次将走向参数、倾向参数和倾角参数输入excel表格中，然后利用Dips(Development InformationProcessing System)数据转换程序将走向参数、倾向参数和倾角参数换算成Dips软件中需要的倾角/倾向格式的数据，在进行格式转换后，利用Dips软件绘制出对应的节理面极点图(如图2所示)和节理极点等密度图(如图3所示)，通过节理面极点图和节理极点等密度图可以直观的判断产状分布比较集中的区域，这些区域即本申请的目标区域，结合图2和图3所示，目标区域设置有3组。
其中，还需要对每一组目标区域中所有的节理面的倾向参数、倾角参数、间距值和半迹长参数进行统计分析，绘制出直方图与拟合曲线，如附图4所示，最终根据拟合曲线确定各节理参数(走向参数、倾向参数和倾角参数)所服从的概率分布参数，如下表1所示：
表一：
Figure BDA0003851520900000061
Figure BDA0003851520900000071
具体一实施例中，采用Bqecher模型将节理面假设为圆盘模型，节理面的节理迹长视为圆盘模型的弦长，节理数量由节理密度控制，其中，节理数量由步骤S24得到，所述步骤S13包括以下步骤：
S21、获取每一所述目标区域中所有节理面对应的所有半迹长参数，并基于所述半迹长参数，按下式计算每一目标区域中半迹长参数的均值ah：
Figure BDA0003851520900000072
其中，ag为所有节理面的总体全迹长均值，a为节理面的半迹长参数，μ为节理面的迹长的概率密度，F(a)为节理面的迹长的累计概率分布；
在本实施例中，节理面的迹长的累计概率分布由迹长数据拟合出概率密度函数曲线，再由概率密度函数积分求得概率分布；
S22、按下式计算每一目标区域中全迹长均值
Figure BDA0003851520900000073
Figure BDA0003851520900000074
其中，b为所述圆盘模型的半径；
需要说明的是，全迹长均值即为圆盘平均弦长，因为在Bqecher模型中迹线往往被视为圆盘的弦长，步骤S21中得到全迹长均值等于半迹长均值的2倍，步骤S22中得到圆盘平均弦长与半径的关系，又因为全迹长均值为圆盘平均弦长，通过这种方式即可得到半径与全迹长均值的关系，即全迹长均值与直径均值之间存在
Figure BDA0003851520900000075
的关系。。
S23、按下式计算得到第j组所述节理面的体密度(cv)j：
Figure BDA0003851520900000076
Figure BDA0003851520900000077
其中，(ci)j为第j组节理面的线密度，E(d2)为圆盘直径分布的二次矩；ei为第i组节理面的平均矢量方向；ei为第i组节理面组数；
需要说明的是，圆盘直径分布的二次矩由节理面直径的平方加权平均得到。
S24、按下式获取节理面数量n：
n＝Vcv
其中，V代表模拟的空间体积。
需要说明的是，上述计算过程是根据现场所测半迹长数据求圆盘直径参数，根据现场所测间距参数求节理面数量参数。
具体一实施例中，所述步骤S102包括以下步骤：
S30、将所述倾向分布参数、倾角分布参数、圆盘直径分布参数和节理面数量依次输入3DEC软件中，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型，其中，所述走向参数、倾向参数和倾角参数采用正态分布，圆盘直径采用对数正态分布，圆盘直径基于预设直径范围规定进行设定。
在本实施例中，圆盘模型的最小直径为0.1m、最大直径为1m，需要说明的是，节理圆盘的圆心分布，主要分布类型为均匀分布、高斯分布以及其它自定义分布形式等，为了简化模型，增加计算效率，这里将节理位置视为均匀分布的形式。
具体一实施例中，所述步骤S103包括以下步骤：
S40、基于预设的点源设定规则，得到与震源对应的点源；
需要说明的是，当震源至传感器的观测距离和地震波波长远大于震源破裂尺度时，震源可假定为点源，观测距离相较于波长为远场，且假定传感器与震源之间的岩体是连续、均匀和各向同性的无限空间介质。
S41、按下式所述点源的远程P波位移场s：
s＝F′T＝kQT
其中，
Figure BDA0003851520900000081
ρ表示岩体的密度、v表示P波波速、R表示观测距离、Q表示激励矩阵；
需要说明的是，远程P波位移场(s)可以表示为格林函数空间导数(F)和二阶矩张量(T)的乘积；
S42、其中，激励矩阵Q按下式计算：
Q＝αoαu
其中，α为点源与传感器之间的方向余弦向量；
需要说明的是，o和u分别可以取1,2,3，其中，o和u取1时，代表岩体所在坐标系的x轴方向，o和u取2时，代表岩体所在坐标系的y轴方向，o和u取3时，代表岩体所在坐标系的z轴方向；
S43、按下式计算P波初动的微震矩张量：
Figure BDA0003851520900000091
其中，Rn表示点源到第n个传感器的观测距离，
Figure BDA0003851520900000092
表示点源与第n个传感器之间的方向余弦向量；T表示矩张量；
在本实施例中，R表示的是震源到传感器的观测距离，Rn表示到第n个传感器的观测距离，
Figure BDA0003851520900000093
就是上式的激励矩阵Q的计算，上标表示传感器编号，下标1、2、3分别表示所在区域坐标系的x轴方向、y轴方向、z轴方向，a为点源(破裂源)与传感器之间的方向余弦向量。
S44、按下式计算矩张量T的特征值：
Figure BDA0003851520900000094
其中，s表示破裂面运动方向位移量，A表示新生破裂面的表面积，μ表示拉梅常数，
Figure BDA0003851520900000095
表示新生破裂面的运动方向，
Figure BDA0003851520900000096
表示新生破裂面的法向方向；
S45、按下式计算矩张量的特征值所对应的特征向量：
Figure BDA0003851520900000097
将矢量
Figure BDA0003851520900000098
和
Figure BDA0003851520900000099
的夹角设置为β，则
Figure BDA00038515209000000910
和
Figure BDA00038515209000000911
的夹角以及
Figure BDA00038515209000000912
和
Figure BDA00038515209000000913
的夹角均为β/2，按下式计算：
Figure BDA00038515209000000914
S46、按下式计算破裂面的法向方向
Figure BDA00038515209000000915
和运动方向
Figure BDA00038515209000000916
Figure BDA00038515209000000917
Figure BDA00038515209000000918
S47、根据新生破裂面面产状的空间位置关系，按下式计算新生破裂面几何参数的破裂面产状数据：
Figure BDA00038515209000000919
式中：θ为新生破裂面的走向，γ为新生破裂面的倾角；
S48、按下式计算破裂面圆半径参数：
Figure BDA0003851520900000101
式中：zs表示S波波速；ps表示S波角频率。
具体一实施例中，所述步骤S104包括以下步骤：
S50、在所述3DEC(3Dimension DistinctElement Code)软件中输入岩体之几何尺寸；
S51、在所述3DEC软件中输入新生破裂面圆半径参数；
S52、在所述3DEC软件中输入新生破裂面走向参数、倾角参数；
S53、在所述3DEC软件中输入震源坐标参数，新生破裂面圆位置，得到三维离散裂隙网络计算模型。
具体一实施例中，所述步骤S105包括以下步骤：
S60、所述在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值，包括：
S61、利用3DEC的geometry功能生成数值模拟钻孔，得到对应的所有目标孔；
S62、计算每一所述目标孔与节理面的交点，得到对应的交点集合；
S63、计算所述交点集合中相邻所述交点之间的间距值；
S64、遍历判断每一间距值是否大于预设的间距阈值，若当前所述间距值大于预设的间距阈值，则将当前所述间距值作为目标间距值；
需要说明的是，本申请的间距阈值设为10cm；
S65、在得到所有的目标间距值后，将所有的目标间距值相加，得到总长度；
S66、按下式计算子目标RQD值：
Figure BDA0003851520900000102
其中，Li表示第i个间距值，L表示交点集合中所有的间距值的总数；
S67、在得到所有的所述目标孔对应的子目标RQD值后，对所有的所述子目标RQD值进行求平均，得到岩体的目标RQD值
在本实施例中，利用3DEC软件建立包括开挖的地下工程局部区域岩体的三维离散裂隙网络计算模型，并保证计算模型与实际的地下区域岩体处于相同的坐标系中，如图5所示，计算模型由结构面的参数模拟，结构面由圆盘模型构成，模型的横向宽度×竖向高度×纵向长度为5m×5m×5m，利用3DEC的geometry功能生成数值模拟钻孔，在假定的三维模型上形成若干条贯穿岩体的钻孔，所有钻孔均相互平行布置于岩体内，如下图6和图7所示，找各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，交点个数为N,并统计交点间距大于等于10cm的线段总长度L。本实施例做了三组模拟钻孔，其基本参数如下表3和表4：
表三：
钻孔1 钻孔2 钻孔3
交点1 -14 -80 -186
交点2 29 -77 -55
交点3 38 -23 -12
交点4 106 20 -9
交点5 222 85
交点6 124
表四：
Figure BDA0003851520900000111
根据RQD的计算公式：
Figure BDA0003851520900000112
计算每条模拟钻孔的RQD值。
计算举例如下：
钻孔1：
Figure BDA0003851520900000113
钻孔2：
Figure BDA0003851520900000114
钻孔3：
Figure BDA0003851520900000115
对于若干条钻孔的RQD值取平均值，得到岩体的平均RQD值
Figure BDA0003851520900000116
需要说明的是，本申请出现的结构面即节理面即破裂面，新生破裂面是震动产生的新的破裂面。
本发明实施例还提供一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置，该考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置用于执行前述考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法的任一实施例。具体地，请参阅图8，图8是本发明实施例提供的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置的示意性框图。
如图8所示，考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置500，包括：
样本节理面数据获取单元501，用于基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；
离散裂隙网络模型建立单元502，用于基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；
新生破裂面的几何参数计算单元503，用于基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；
三维离散裂隙网络计算模型建立单元504，用于将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；
RQD值计算单元505，用于在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值。
具体一实施例中，其中，所述样本节理面数据获取单元，包括：
划定样本区域单元，用于划定样本区域，获取所述样本区域的样本参数，其中，所述样本参数数据包括半迹长参数、间距参数、走向参数、倾向参数和倾角参数；
绘图单元，用于将所述样本参数转化为对应的样本格式，并基于转换后的样本数据绘制出对应的节理面极点图和节理极点等密度图；
选取目标区域单元，用于基于预设的区域选择规则，在所述节理面极点图和节理极点等密度图中选取对应的所有区域并分组，得到对应的目标区域；
参数计算单元，用于计算每一所述目标区域对应圆盘的圆盘直径参数和节理面数量参数；
其中，所述参数计算单元包括：
半迹长参数的均值计算单元，用于获取每一所述目标区域中所有节理面对应的所有半迹长参数，并基于所述半迹长参数，按下式计算每一目标区域中半迹长参数的均值ah：
Figure BDA0003851520900000121
其中，ag为所有节理面的总体全迹长均值，a为节理面的半迹长参数，μ为节理面的迹长的概率密度，F(a)为节理面的迹长的累计概率分布；
全迹长均值单元，用于按下式计算每一目标区域中全迹长均值
Figure BDA0003851520900000134
Figure BDA0003851520900000131
其中，b为所述圆盘模型的半径；
节理面的体密度单元，用于按下式计算得到第j组所述节理面的体密度(cv)j：
Figure BDA0003851520900000132
Figure BDA0003851520900000133
其中，(ci)h为第j组节理面的线密度，E(d2)为圆盘直径分布的二次矩；ei为第i组节理面的平均矢量方向；ei为第i组节理面组数；
节理面数量计算单元，用于按下式获取节理面数量n：
n＝Vcv
其中，V代表模拟的空间体积。
该装置得到的三维离散裂隙网络计算模型是将样本区域的岩体用三维模型构建出来，进而动态模拟岩体的状态，以便于更快捷有效的评估岩体质量，即可以快速且准确获取到目标RQD值，提高岩体质量评价的准确性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的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。
上述考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置可以实现为计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图9所示的计算机设备上运行。
请参阅图9，图9是本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。该计算机设备1100是服务器，服务器可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组成的服务器集群。
参阅图9，该计算机设备1100包括通过系统总线1101连接的处理器1102、存储器和网络接口1105，其中，存储器可以包括非易失性存储介质1103和内存储器1104。
该非易失性存储介质1103可存储操作系统11031和计算机程序11032。该计算机程序11032被执行时，可使得处理器1102执行考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
该处理器1102用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备1100的运行。
该内存储器1104为非易失性存储介质1103中的计算机程序11032的运行提供环境，该计算机程序11032被处理器1102执行时，可使得处理器1102执行考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
该网络接口1105用于进行网络通信，如提供数据信息的传输等。本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备1100的限定，具体的计算机设备1100可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的计算机设备的实施例并不构成对计算机设备具体构成的限定，在其他实施例中，计算机设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。例如，在一些实施例中，计算机设备可以仅包括存储器及处理器，在这样的实施例中，存储器及处理器的结构及功能与图9所示实施例一致，在此不再赘述。
应当理解，在本发明实施例中，处理器1102可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器1102还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
在本发明的另一实施例中提供计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以为非易失性的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
所述存储介质为实体的、非瞬时性的存储介质，例如可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的实体存储介质。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的设备、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。
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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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 (8)

1.一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法，其特征在于，包括：
基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；
基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；
基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；
将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；
在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值；
其中，所述基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本参数，包括：
划定样本区域，获取所述样本区域的样本参数，其中，所述样本参数数据包括半迹长参数、间距参数、走向参数、倾向参数和倾角参数；
将所述样本参数转化为对应的样本格式，并基于转换后的样本数据绘制出对应的节理面极点图和节理极点等密度图；
基于预设的区域选择规则，在所述节理面极点图和节理极点等密度图中选取对应的所有区域并分组，得到对应的目标区域；
计算每一所述目标区域对应圆盘的圆盘直径参数和节理面数量参数；
其中，所述计算每一所述目标区域对应圆盘的圆盘直径参数和节理面数量参数包括：
获取每一所述目标区域中所有节理面对应的所有半迹长参数，并基于所述半迹长参数，按下式计算每一目标区域中半迹长参数的均值ah：
Figure FDA0003851520890000011
其中，ag为所有节理面的总体全迹长均值，a为节理面的半迹长参数，μ为节理面的迹长的概率密度，F(a)为节理面的迹长的累计概率分布；
按下式计算每一目标区域中全迹长均值
Figure FDA0003851520890000012
Figure FDA0003851520890000021
其中，b为所述圆盘模型的半径；
按下式计算得到第j组所述节理面的体密度(cv)j：
Figure FDA0003851520890000022
Figure FDA0003851520890000023
其中，(ci)j为第j组节理面的线密度，E(d2)为圆盘直径分布的二次矩；ei为第i组节理面的平均矢量方向；ei为第i组节理面组数；
按下式获取节理面数量n：
n＝ycv
其中，V代表模拟的空间体积。
2.根据权利要求1所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法，其特征在于，所述基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型，包括：
将所述倾向分布参数、倾角分布参数、圆盘直径分布参数和节理面数量依次输入3DEC软件中，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型，其中，所述走向参数、倾向参数和倾角参数采用正态分布，圆盘直径采用对数正态分布，所述圆盘直径基于预设直径范围规定进行设定。
3.根据权利要求1所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法，其特征在于，所述基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数，包括：
基于预设的点源设定规则，得到与震源对应的点源；
按下式所述点源的远程P波位移场s：
s＝FT＝kQT
其中，
Figure FDA0003851520890000024
ρ表示岩体的密度、v表示P波波速、R表示观测距离、Q表示激励矩阵；
其中，激励矩阵Q按下式计算：
0＝αoαu
其中，α为点源与传感器之间的方向余弦向量；
按下式计算P波初动的微震矩张量：
Figure FDA0003851520890000031
其中，Rn表示点源到第n个传感器的观测距离，
Figure FDA0003851520890000032
表示点源与第n个传感器之间的方向余弦向量，T表示矩张量；
按下式计算矩张量T的特征值：
Figure FDA0003851520890000033
其中，s表示破裂面运动方向位移量，A表示新生破裂面的表面积，μ表示拉梅常数，
Figure FDA0003851520890000034
表示新生破裂面的运动方向，
Figure FDA0003851520890000035
表示新生破裂面的法向方向；
按下式计算矩张量的特征值所对应的特征向量：
Figure FDA0003851520890000036
将矢量
Figure FDA0003851520890000037
和
Figure FDA0003851520890000038
的夹角设置为β，则
Figure FDA0003851520890000039
和
Figure FDA00038515208900000310
的夹角以及
Figure FDA00038515208900000311
和
Figure FDA00038515208900000312
的夹角均为β/2，按下式计算：
Figure FDA00038515208900000313
按下式计算破裂面的法向方向
Figure FDA00038515208900000314
和运动方向
Figure FDA00038515208900000315
Figure FDA00038515208900000316
Figure FDA00038515208900000317
根据新生破裂面产状的空间位置关系，按下式计算新生破裂面几何参数的破裂面产状数据：
Figure FDA00038515208900000318
式中：θ为新生破裂面的走向，γ为新生破裂面的倾角；
按下式计算破裂面圆半径参数：
Figure FDA00038515208900000319
式中：zs表示S波波速；ps表示S波角频率。
4.根据权利要求3所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法，其特征在于，所述将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型，包括：
在所述3DEC软件中输入新生破裂面圆半径参数；
在所述3DEC软件中输入新生破裂面走向参数、倾角参数；
在所述3DEC软件中输入震源坐标参数、新生破裂面圆位置，得到三维离散裂隙网络计算模型。
5.根据权利要求4所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法，其特征在于，所述在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值，包括：
利用3DEC的geometry功能生成数值模拟钻孔，得到对应的所有目标孔；
计算每一所述目标孔与节理面的交点，得到对应的交点集合；
计算所述交点集合中相邻所述交点之间的间距值；
遍历判断每一间距值是否大于预设的间距阈值，若当前所述间距值大于预设的间距阈值，则将当前所述间距值作为目标间距值；
在得到所有的目标间距值后，将所有的目标间距值相加，得到总长度；
按下式计算子目标RQD值：
Figure FDA0003851520890000041
其中，Li表示第i个间距值，L表示交点集合中所有的间距值的总数；
在得到所有的所述目标孔对应的子目标RQD值后，对所有的所述子目标RQD值进行求平均，得到岩体的目标RQD值。
6.一种考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估装置，其特征在于，包括：
样本节理面数据获取单元，用于基于选取的样本区域，获取所述样本区域内的所有天然岩体结构面所对应的样本节理面数据；
离散裂隙网络模型建立单元，用于基于所有的样本节理面数据，建立表征节理空间分布的离散裂隙网络模型；
新生破裂面的几何参数计算单元，用于基于预设的ESG微震监测系统，获取监测区域的微震数据，并基于所述微震数据计算新生破裂面的几何参数；
三维离散裂隙网络计算模型建立单元，用于将所述新生破裂面的几何参数导入所述离散裂隙网络模型，得到三维离散裂隙网络计算模型；
RQD值计算单元，用于在所述三维离散裂隙网络计算模型进行模拟钻孔操作，得到各离散裂隙面与模拟钻孔的交点，基于所述交点计算得到目标RQD值；
其中，所述样本节理面数据获取单元，包括：
划定样本区域单元，用于划定样本区域，获取所述样本区域的样本参数，其中，所述样本参数数据包括半迹长参数、间距参数、走向参数、倾向参数和倾角参数；
绘图单元，用于将所述样本参数转化为对应的样本格式，并基于转换后的样本数据绘制出对应的节理面极点图和节理极点等密度图；
选取目标区域单元，用于基于预设的区域选择规则，在所述节理面极点图和节理极点等密度图中选取对应的所有区域并分组，得到对应的目标区域；
参数计算单元，用于计算每一所述目标区域对应圆盘的圆盘直径参数和节理面数量参数；
其中，所述参数计算单元包括：
半迹长参数的均值计算单元，用于获取每一所述目标区域中所有节理面对应的所有半迹长参数，并基于所述半迹长参数，按下式计算每一目标区域中半迹长参数的均值ah：
Figure FDA0003851520890000051
其中，ag为所有节理面的总体全迹长均值，a为节理面的半迹长参数，μ为节理面的迹长的概率密度，F(a)为节理面的迹长的累计概率分布；
全迹长均值单元，用于按下式计算每一目标区域中全迹长均值
Figure FDA0003851520890000055
Figure FDA0003851520890000052
其中，b为所述圆盘模型的半径；
节理面的体密度单元，用于按下式计算得到第j组所述节理面的体密度(cv)j：
Figure FDA0003851520890000053
Figure FDA0003851520890000054
其中，(ci)j为第j组节理面的线密度，E(d2)为圆盘直径分布的二次矩；ei为第i组节理面的平均矢量方向；ei为第i组节理面组数；
节理面数量计算单元，用于按下式获取节理面数量n：
n＝Vcv
其中，V代表模拟的空间体积。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至5任一项所述的考虑卸荷破裂效应的区域岩体质量评估方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117874903A (zh) * 2024-03-13 2024-04-12 江苏省建筑工程质量检测中心有限公司 融合物联网与人工智能的工程质量评估诊断方法和系统
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