一种围岩破裂程度FDI定量评价方法与流程

本发明涉及深部岩体破裂程度评价技术，特别涉及一种融合多元工程信息的围岩破裂程度fdi定量评价方法。

背景技术：

1、地球深部构造运动强烈，岩体往往被各种结构面切割而丧失完整性和连续性。岩体裂隙呈现出力学性质差、组合形式复杂、发育程度不规则、与开挖临空面空间拓扑关系多样等特征，深部高应力工程开挖强卸荷下的硬岩裂隙展布形式(裂隙的发育特征及其空间赋存形态)是决定岩体渐进破裂模式、深度、程度的主控因素，岩体受裂隙切割后非线性力学行为更为凸显，变形破坏模式更为复杂，工程灾害防控难度更为艰巨。

2、目前的破裂模式识别考虑因素仍较为单一且原位测试中运用到的窥视仪或仅依靠声波等传统设备的测试误差可能超过米级，不能得到准确的裂隙硬岩破裂展布相关认识，因此，亟待发展关于高应力裂隙硬岩渐进破裂机制研究的科学理性研究思路及强有力的综合原位测试手段。此外，对于深部硬岩渐进破裂机制而言，现有研究的局限性还表现为：①对裂隙切割后的岩体呈现出的多样空间拓扑关系变形破裂特征认识不清；②深部高应力洞室裂隙岩体强卸荷开挖条件下破裂累积的变化规律不明。

技术实现思路

1、鉴于此，为了进一步完善深部高应力洞室硬岩破裂程度定量分析，本发明提出了一种融合多元工程信息的围岩破裂程度fdi(fractured degree index断裂度指数)定量评价方法，使定量预测操作简单便捷，解决深部高应力洞室围岩破裂程度的动态定量预测问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。一种围岩破裂程度fdi定量评价方法，其步骤如下：

3、1)依托隧道为工程背景，构建综合钻孔摄像、声波测试、扰动应力测试和围岩表层地质调研的硬岩裂隙渐进破裂过程原位测试方法；

4、2)基于深部高应力硬岩洞室围岩破裂过程的原位测试结果，开展以所述硬岩裂隙参数为主，并考虑多元工程信息的围岩破裂程度预测和评价方法研究；

5、3)构建以所述硬岩裂隙参数为主，所述多元工程信息为辅的破裂程度预测数据库；

6、4)建立深部高应力所述硬岩裂隙隧洞围岩破裂程度的基于计算公式评估的动态定量评价指标fdi，其内容是数学形式和控制因子权重评分的确定，计算破裂区的渐进破裂程度指标作为参照函数，公式如下：

7、

8、

9、式中：m为破裂区总长度，单位为m；qm分别是破裂区内无开挖响应裂隙岩体长度0.1～0.3m、0.3～0.5m、和大于0.5m的区间长度；为第m区间内岩体长度；nm为第m区间内岩体段数；sm是第m区间的权重系数；通过该方法的计算即可评价破裂区破裂程度；建立深度学习智能优化算法目标函数，如下：

10、fdi＝fitness(q)＝f(r,n,a,s,jrc,m)c (3)

11、式中：r为裂隙级别，n为裂隙组数，a为裂隙产状，s为裂隙间距，jrc为裂隙粗糙度，m为裂隙空间组合状态；c为考虑地应力、岩体力学参数、开挖因素和支护强度的修正系数，修正系数通常情况为1，如遇较大变化则可通过全局优化算法进行折减计算。该目标函数的意义为在统计洞室围岩的裂隙参数基础上，通过深度学习的智能优化算法，充分利用工程过程中不断揭露的地质信息和监测获取的围岩变形与破裂信息，利用bp算法全局且快速的搜索能力，动态反馈裂隙硬岩破裂程度；

12、5)依据已建立的所述预测数据库，构建所述动态定量评价指标fdi的目标函数，运用深度学习的智能优化算法，开展能够反映不同裂隙展布形态的影响并考虑多元工程信息的围岩破裂程度定量表征研究；同时利用大型洞室逐步推进的特点，动态反映高应力硬岩破裂不同模式时的围岩破裂程度的渐进演化特征与规律；

13、6)最后通过工程实例验证和修正定量评价指标fdi。

14、进一步，所述围岩表层地质调研是指对原位测试综合围岩内部裂隙演化的钻孔摄像和围岩表层裂隙分布的裂隙级别、组数、产状、间距、张开度、粗糙度和裂隙组合形态，并实现裂隙展布的可视化精确重构。

15、进一步，所述动态定量评价指标fdi是指建立以裂隙级别、组数、产状、间距、张开度、粗糙度和裂隙组合形态为核心，以原岩应力、岩体力学参数、开挖因素和支护参数的多元工程信息为修正系数的岩体破裂程度影响因素数据库。

16、本发明针对高应力硬岩洞室复杂施工扰动下灾害频发问题，围绕高应力洞室围岩破裂程度的动态定量评价方法，通过原位测试实现深部高应力洞室围岩裂隙展布可视化精确重构，研究深部高应力洞室围岩的破裂模式及其时空演化规律，探索裂隙硬岩力学行为与渐进破裂机制，并据此建立考虑上述因素影响的深部高应力洞室裂隙硬岩破裂程度的动态定量评价指标fdi，最终实现裂隙硬岩的深部地下工程围岩破裂程度的动态定量评价。方法思路清晰、目标明确、方法形成后围岩破裂程度定量预测操作简单便捷，使得相关工程技术人员可以轻松解决深部高应力洞室围岩破裂程度的动态定量预测问题。

技术特征：

1.一种围岩破裂程度fdi定量评价方法，其特征在于，其步骤如下：

2.根据权利要求1所述的围岩破裂程度fdi定量评价方法，其特征在于，所述围岩表层地质调研是指对原位测试综合围岩内部裂隙演化的钻孔摄像和围岩表层裂隙分布的裂隙级别、组数、产状、间距、张开度、粗糙度和裂隙组合形态，并实现裂隙展布的可视化精确重构。

3.根据权利要求1所述的围岩破裂程度fdi定量评价方法，其特征在于，所述动态定量评价指标fdi是指建立以裂隙级别、组数、产状、间距、张开度、粗糙度和裂隙组合形态为核心，以原岩应力、岩体力学参数、开挖因素和支护参数的多元工程信息为修正系数的岩体破裂程度影响因素数据库。

技术总结
本发明公开了一种围岩破裂程度FDI定量评价方法，依托隧道为工程背景，构建硬岩裂隙渐进破裂过程原位测试方法，开展以硬岩裂隙参数为主，并考虑多元工程信息的围岩破裂程度预测和评价方法研究，建立深部高应力所述硬岩裂隙隧洞围岩破裂程度的基于计算公式评估的动态定量评价指标FDI，开展能够反映不同裂隙展布形态的影响并考虑多元工程信息的围岩破裂程度定量表征研究，最后通过工程实例验证和修正定量评价指标FDI。本发明方法思路清晰、目标明确、方法形成后围岩破裂程度定量预测操作简单便捷，使得相关工程技术人员可以轻松解决深部高应力洞室围岩破裂程度的动态定量预测问题。

技术研发人员：张桂良,叶飞,乔伟,张衎,杨勇军,马益飞,郭浩森,于洋,朱顺顺,佟佳琦
受保护的技术使用者：核工业赣州工程勘察设计集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14