[发明专利]破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数字化数据处理方法

权利要求书

1.一种破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数字化数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100根据项目设计建立破碎软弱围岩掌子面的三维模型，进行虚拟的有限元分割，形成掌子面的三维有限元模型；

S200在断面开挖过程中，检测围岩掌子面的基础数据并保存；

S300结合基础数据和三维有限元模型对掌子面进行应力应变分析，采用预设算法预测围岩掌子面的粘补需求强度；

S400根据粘补需求强度选取围岩掌子面加固措施，将加固措施引入三维有限元模型进行有效性分析；所述加固措施的有效性分析过程如下：

先采用以下公式计算各有限元单元位置的最小围岩加固厚度：

上式中，D_i表示第i个有限元单元位置的最小围岩加固厚度；K表示安全系数；d表示掌子面最大尺寸；μ表示泊松比；ξ表示围岩加固后的抗拉强度，通过试验测定；P_i表示第i个有限元单元位置的压力；

若围岩掌子面加固厚度不小于计算出的最小围岩加固厚度，表示实施加固措施后的围岩掌子面满足稳定性要求，否则需要增加围岩掌子面的加固厚度。

2.根据权利要求1所述的破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数字化数据处理方法，其特征在于，在S100步骤中，所述三维有限元模型中采用以下物元描述：

上式中，F表示物元；M表示评价单元；C_i表示评价单元的第i项影响因素；S_i表示第i项影响因素数量化的量值域；k表示影响因素的个数；

确定围岩稳定性的等级划分，根据以下公式计算物元F与围岩稳定性等级H的关联度：

上式中，I(F)表示物元F与围岩稳定性等级H的关联度；α_ij表示第i项影响因素的第j项指标权系数；I_0j表示各单项评价指标关于围岩稳定性各等级的关联度；n表示每个影响因素的指标数量；

然后根据物元F与围岩稳定性等级H的关联度I(F)计算结果来对围岩稳定性进行评价。

3.根据权利要求1所述的破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数字化数据处理方法，其特征在于，在S300步骤中，所述粘补需求强度预测的预设算法如下：

τ′_i＝F_i+σ_itanθ_i

上式中，τ′_i表示第i个有限元单元的围岩粘补需求强度；F_i表示第i个有限元单元的围岩内聚力；σ_i表示第i个有限元单元的围岩正应力；tan表示正切函数；θ_i表示第i个有限元单元的围岩正应力的内摩擦角度。

4.根据权利要求1所述的破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数字化数据处理方法，其特征在于，若选取的围岩掌子面加固措施采用锚杆与注浆配合方式，则采用以下公式计算注浆的浆体粘度：

上式中，ω(t)表示浆体发生时变性的粘度值；ω₀表示浆体本身的初始粘度值；k₁表示浆体本身的粘性时变系数，对于不同水灰比的浆体取值不同，通过粘塑性试验测得；t表示实际注浆过程当中所用的时间，属于预设值；

将计算得到的浆体粘度作为进行加固措施有效性分析的数据。

5.根据权利要求4所述的破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数字化数据处理方法，其特征在于，采用以下公式计算评估注浆的浆体扩散最大距离：

上式中，L表示浆体扩散最大距离；P表示注浆压力；H为围岩裂隙高度；Q表示浆体的流量；B表示围岩裂隙宽度；k₂表示浆体的稠度系数；m为浆体的水灰比。