一种破碎围岩开挖岩体质量评价方法及系统与流程

1.本发明公开了一种破碎围岩开挖岩体质量评价方法及系统，属于岩体质量评价技术领域。


背景技术：

2.随着水利、水电等地下工程的不断发展，越来越多的地下隧洞工程被实施。在地下隧洞工程中，隧洞开挖后岩体的质量将会直接影响隧洞的安全性，因此，需要对开挖后的岩体质量进行评价。
3.现有技术中对岩体质量的评价方法是将岩体作为一个整体，然后利用hoek-brown强度准则进行评价。但是该方法并未考虑到隧洞开挖过程中，岩体的质量是动态变化、逐渐劣化的，导致利用现有技术中的方法对岩体的质量进行评价时，所得评价结果并不准确，进而降低隧洞的安全性。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，提供一种破碎围岩开挖岩体质量评价方法及系统，以解决现有技术中的岩体质量评价方法存在的评价结果不准确的技术问题。
5.本发明的第一方面提供了一种破碎围岩开挖岩体质量评价方法，包括：
6.对围岩进行分区，获取每一分区内未扰动岩体的纵波波速和扰动岩体的实测波速；
7.根据所述纵波波速和所述实测波速，确定每一分区的扰动评价因子；
8.结合所述扰动评价因子，确定每一分区的岩体的抗剪强度和岩体模量；
9.根据所述抗剪强度和所述岩体模量，确定所述岩体的质量。
10.优选地，根据所述纵波波速和所述实测波速，确定每一分区的扰动评价因子，具体包括：
11.利用第一公式确定每一分区的扰动评价因子，所述第一公式为：
[0012][0013]
式中，k
p
为扰动评价因子，v
p
为所述纵波波速，v
p
′
为所述实测波速。
[0014]
优选地，结合所述扰动评价因子，确定每一分区的岩体的抗剪强度和岩体模量，具体包括：
[0015]
根据所述实测波速，确定每一分区的岩体的地质强度指标；
[0016]
根据所述地质强度指标和所述扰动评价因子，获取每一分区的岩体单轴抗压强度和岩体单轴抗拉强度；
[0017]
根据所述岩体单轴抗压强度和所述岩体单轴抗拉强度，确定每一分区的所述抗剪强度；
[0018]
根据所述地质强度指标，确定每一分区的所述岩体模量。
[0019]
优选地，根据所述实测波速，确定每一分区的岩体的地质强度指标，具体包括：
[0020]
根据第二公式确定每一分区的岩体的地质强度指标，所述第二公式为：
[0021]
gsi＝14v
p
′‑
0.76
[0022]
式中，gsi为地质强度指标，v
p
′
为所述实测波速。
[0023]
优选地，根据所述地质强度指标和所述扰动评价因子，获取每一分区的岩体单轴抗压强度，具体包括：
[0024]
根据第三公式确定岩体单轴抗压强度，所述第三公式为：
[0025][0026]
式中，σ
mc
为岩体单轴抗压强度，c和均为抗剪强度参数，根据所述岩体的岩性确定，v
p
′
为实测波速，k
p
为扰动评价因子。
[0027]
优选地，根据所述地质强度指标和所述扰动评价因子，获取每一分区的岩体单轴抗拉强度，具体包括：
[0028]
根据第四公式确定岩体单轴抗拉强度，所述第四公式为：
[0029][0030]
式中，σ
mt
为岩体单轴抗拉强度，c和均为抗剪强度参数，根据所述岩体的岩性确定，
[0031]vp
′
为所述实测波速，k
p
为扰动评价因子，mi为开挖前完整岩体的hoek-brown常数。
[0032]
优选地，根据所述岩体单轴抗压强度和所述岩体单轴抗拉强度，确定每一分区的所述抗剪强度，具体包括：
[0033]
所述抗剪强度包括岩体粘结力，所述岩体粘结力根据第五公式确定，所述第五公式为：
[0034][0035]
式中，cm为岩体粘结力，σ
mc
为岩体单轴抗压强度，σ
mt
为岩体单轴抗拉强度。
[0036]
优选地，所述抗剪强度还包括摩擦角，所述摩擦角根据第六公式确定，所述第六公式为：
[0037][0038]
式中，为摩擦角，σ
mc
为岩体单轴抗压强度，σ
mt
为岩体单轴抗拉强度。
[0039]
优选地，根据所述地质强度指标，确定每一分区的所述岩体模量，具体包括：
[0040]
根据第七公式确定每一分区的所述岩体模量，所述第七公式为：
[0041][0042]
式中，em为岩体模量，c和均为抗剪强度参数，根据所述岩体的岩性确定，gsi为地质强度指标，b为扰动系数。
[0043]
本发明的第二方面提供了一种破碎围岩开挖岩体质量评价系统，包括：
[0044]
波速测量模块，所述波速测量模块用于对围岩进行分区，获取每一分区内未扰动岩体的纵波波速和扰动岩体的实测波速；
[0045]
扰动确定模块，所述扰动确定模块用于根据所述纵波波速和所述实测波速，确定每一分区的扰动评价因子；
[0046]
参数确定模块，所述参数确定模块用于结合所述扰动评价因子，确定每一分区的岩体的抗剪强度和岩体模量；
[0047]
质量评价模块，所述质量评价模块用于根据所述抗剪强度和所述岩体模量，确定所述岩体的质量。
[0048]
本发明的破碎围岩开挖岩体质量评价方法及系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：
[0049]
本发明的方法及系统，根据扰动岩体的波速和未扰动岩体的波速确定了扰动评价因子，扰动评价因子考虑了岩体质量在有扰动情况下的动态变化、逐渐劣化过程。然后结合该扰动评价因子对岩体质量进行评价，所得的评价结果更贴近实际情况，所得结果更为精确。
附图说明
[0050]
图1为本发明实施例中破碎围岩开挖岩体质量评价方法的流程示意图；
[0051]
图2为本发明实施例中围岩分区示意图；
[0052]
图3为本发明实施例中破碎围岩开挖岩体质量评价系统的结构示意图。
[0053]
图中101为波速测量模块；102为扰动确定模块；103为参数确定模块；104为质量评价模块。
具体实施方式
[0054]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0055]
本发明的第一方面提供了一种破碎围岩开挖岩体质量评价方法，如图1所示，包括：
[0056]
步骤1、对围岩进行分区，获取每一分区内未扰动岩体的纵波波速和扰动岩体的实测波速。
[0057]
本发明实施例中，对围岩进行分区时可采用以围岩边界为基础，对围岩均匀分区或者非均匀分区的形式，本发明在此不作限制。本发明实施例以图2中所示的均匀分区为例，说明获取每一分区内未扰动岩体的纵波波速和扰动岩体的实测波速的方法。
[0058]
如图2所示，该实施例中将围岩分为8个分区，每个分区分别标号为ⅰ、ⅱ至
ⅷ
。其中
ⅰ‑
1为第一个分区的卸荷区，
ⅰ‑
2为第一个分区的扰动区、
ⅰ‑
3为第一个分区内的未扰动区。
[0059]
为获得每一个分区的未扰动岩体的纵波波速和扰动岩体的实测波速，本发明实施例中在8个分区的邻接处设置发射器和接收器，且发射器发射的信号穿过其所在区，被该区及邻接区的接收器接收，从而根据发射器和接收器所得信号确定波速。
[0060]
本发明实施例中，将
ⅰ‑
3所得波速记为ⅰ区未扰动岩体的纵波波速，将
ⅰ‑
1、
ⅰ‑
2所得波速的均值记为ⅰ区的扰动岩体的实测波速，其他区的波速同此，本发明在此不再赘述。
[0061]
步骤2、根据纵波波速和实测波速，确定每一分区的扰动评价因子，具体地：
[0062]
利用第一公式确定每一分区的扰动评价因子，第一公式为：
[0063][0064]
式中，k
p
为扰动评价因子，v
p
为纵波波速，v
p
′
为实测波速。
[0065]
步骤3、结合扰动评价因子，确定每一分区的岩体的抗剪强度和岩体模量，包括：
[0066]
步骤31、根据实测波速，确定每一分区的岩体的地质强度指标，具体包括：
[0067]
根据第二公式确定每一分区的岩体的地质强度指标，第二公式为：
[0068]
gsi＝14v
p
′‑
0.76
[0069]
式中，gsi为地质强度指标，v
p
′
为实测波速。
[0070]
步骤32、根据地质强度指标和扰动评价因子，获取每一分区的岩体单轴抗压强度和岩体单轴抗拉强度。
[0071]
其中，根据地质强度指标和扰动评价因子，获取每一分区的岩体单轴抗压强度，具体包括：
[0072]
根据第三公式确定岩体单轴抗压强度，第三公式为：
[0073][0074]
式中，σ
mc
为岩体单轴抗压强度，c和均为抗剪强度参数，根据岩体的岩性确定，是根据实验确定的数值，v
p
′
为实测波速，v
p
′
为实测波速。
[0075]
在一个实施例中，当岩体为灰岩时，根据实验确定的c的取值范围为1.30-1.40，的取值范围为0.65-0.75。
[0076]
进一步地，根据地质强度指标和扰动评价因子，获取每一分区的岩体单轴抗拉强度，具体包括：
[0077]
根据第四公式确定岩体单轴抗拉强度，第四公式为：
[0078]
[0079]
式中，σ
mt
为岩体单轴抗拉强度，c和均为抗剪强度参数，根据岩体的岩性确定，
[0080]vp
′
为实测波速，k
p
为扰动评价因子，mi为开挖前完整岩体的hoek-brown常数。
[0081]
步骤33、根据岩体单轴抗压强度和岩体单轴抗拉强度，确定每一分区的抗剪强度。
[0082]
本发明实施例中的抗剪强度包括岩体粘结力和摩擦角。
[0083]
当抗剪强度为岩体粘结力时，岩体粘结力根据第五公式确定，第五公式为：
[0084][0085]
式中，cm为岩体粘结力，σ
mc
为岩体单轴抗压强度，σ
mt
为岩体单轴抗拉强度。
[0086]
当抗剪强度还包括摩擦角，摩擦角根据第六公式确定，第六公式为：
[0087][0088]
式中，为摩擦角，σ
mc
为岩体单轴抗压强度，σ
mt
为岩体单轴抗拉强度。
[0089]
步骤34、根据地质强度指标，确定每一分区的岩体模量，具体包括：
[0090]
根据第七公式确定每一分区的岩体模量，第七公式为：
[0091][0092]
式中，em为岩体模量，c和均为抗剪强度参数，根据岩体的岩性确定，gsi为地质强度指标，b为扰动系数。
[0093]
其中扰动系数b为：
[0094]
b＝2[1-(1-λ)2]
[0095]
式中，λ为岩体开挖扰动前后的波速降，即波速的改变值，未开挖前，扰动系数为0。
[0096]
步骤4、根据抗剪强度和岩体模量，确定岩体的质量。
[0097]
本发明实施例中，确定岩体质量的方法可为将抗剪强度和岩体模量与预设的阈值进行对比，根据对比结果确定岩体的质量属于何种等级。
[0098]
本发明的第二方面提供了一种破碎围岩开挖岩体质量评价系统，如图3所示，包括波速测量模块101、扰动确定模块102、参数确定模块103和质量评价模块104。
[0099]
其中波速测量模块用于对围岩进行分区，获取每一分区内未扰动岩体的纵波波速和扰动岩体的实测波速；
[0100]
扰动确定模块用于根据纵波波速和实测波速，确定每一分区的扰动评价因子；
[0101]
参数确定模块用于结合扰动评价因子，确定每一分区的岩体的抗剪强度和岩体模
量；
[0102]
质量评价模块用于根据抗剪强度和岩体模量，确定岩体的质量。
[0103]
本发明的破碎围岩开挖岩体质量评价方法及系统，根据扰动岩体的波速和未扰动岩体的波速确定了扰动评价因子，扰动评价因子考虑了岩体质量在有扰动情况下的动态变化、逐渐劣化过程。然后结合该扰动评价因子对岩体质量进行评价，所得的评价结果更贴近实际情况，所得结果更为精确。
[0104]
以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。