[发明专利]基于反馈算法传递函数的炭质岩隧道锚杆应力估算方法

说明书

本发明公开了一种基于反馈算法传递函数的炭质岩隧道锚杆应力估算方法，包括步骤1，选择隧道监测断面；步骤2，布设监测设备；步骤3，采集监测数据；步骤4，建立人工神经网络模型；步骤5，训练人工神经网络模型；步骤6，锚杆应力估算预测；步骤7，根据围岩等级，进行锚杆直径选择。本发明以围岩压力、渗透压力和围岩变形三个参数使用反馈人工神经网络分析方法来估算锚杆的应力，根据锚杆应力设计隧道锚杆，减少了依赖于类似工程方法或半经验半理论方法设计锚杆造成资源浪费的问题，因为反馈人工神经网络分析方法估算锚杆应力精确度高，在隧道锚杆设计时节约资源，符合可持续发展的理念，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及隧道工程监测领域，特别是一种基于反馈算法传递函数的炭质岩隧道锚杆应力估算方法。

背景技术

随着我国基础设施蓬勃的发展，高速公路和高速铁路大量新建，而中国属于一个多山的国家，在修建高速公路和高速铁路时会修建很多隧道，当隧道有坍塌危险时，采取合理的支护措施是必要的。

“炭质岩”是一类露天易风化、吸水易软化、受扰动后遇水易崩解、破碎且工程性质随环境影响较大的特殊岩石。“炭质岩”在全国范围内分布较为广泛，如广西、贵州、云南等地区。其中广西典型炭质岩主要含有石英、伊利石等矿物成分，含碳元素质量分数25～45％，天然密度2.66～2.77g/cm3，天然含水量1～1.5％，主要分布在广西的柳州片区、百色片区、河池片区等三个片区，具有软化性、膨胀性、环境敏感性、崩解性等工程特性。当在具有“炭质岩”的区域修建隧道时，对隧道的支护，显得更为重要。

锚杆是基于新奥法的施工中不可缺少的一种支护方法，在隧道顶板软弱围岩的吊装、组合梁施工和拱架加固中起到一定的作用。此外，基于岩石松动带的支护理论和强度强化理论都证明了锚杆支护的有效性。因此，在隧道面临塌方风险时，有必要尽快采用合理的锚杆支护体系。到目前为止，虽然已有许多学者研究了锚杆支护的原理和效果，但仍有许多工程项目依赖于类似工程方法或半经验半理论方法。锚杆参数有时根据这些方法的结果是不合理的，导致材料的浪费和成本的增加。如无法根据围岩等级的的变化，选择相应的锚杆直径。

因此，根据隧道现场围岩体评价参数，确定合理的锚杆参数，在本发明方法中具有重要意义，能够分析一般形式的虎克-布朗判据不同参数对崩塌剖面的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于反馈算法传递函数的炭质岩隧道锚杆应力估算方法，该基于反馈算法传递函数的炭质岩隧道锚杆应力估算方法根据围岩评价参数使用反馈算法传递函数分析方法预测锚杆应力，为设计锚杆支护提供重要参数。最后，根据估算的锚杆应力设计锚杆支护，锚杆支护的有效性验证了本发明方法的可靠性和合理性。故而，本发明具有精度高、高效、成本低廉等优点，具有良好的社会经济效益和工程应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于反馈算法传递函数的炭质岩隧道锚杆应力估算方法，包括如下步骤。

步骤1，选择隧道监测断面：在炭质岩隧道围岩等级最高的地方，选择至少两个断面作为监测断面。

步骤2，布设监测设备：在步骤1选择的每个监测断面沿拱形方向布设若干个监测点；在每个监测点均布设一套监测设备，监测设备包括土压力盒、渗压计、应变计和锚杆应力测量仪；其中，土压力盒用于测量对应监测点的围岩应力，渗压计用于测量对应监测点的渗透压，应变计用于测量对应监测点的围岩应变位移，锚杆应力测量仪用于测量对应锚杆的真实应力，也即应力实测值。

步骤3，采集监测数据：对选择的每个监测断面的每个监测点进行不少于30天的连续数据监测与采集；采集的监测数据包括围岩应力、渗透压、围岩应变位移和锚杆应力实测值。