[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

说明书

本发明提供了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，包括：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。通过该方法可以提高破碎软弱围岩掌子面加固应力应变数据的分析效率和有效性，提高分析精度，用于指导围岩加固，可以保障加固效果，避免加固失效，控制围岩加固成本。

技术领域

本发明涉及围岩加固应力数据处理技术领域，特别涉及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。

背景技术

在破碎软弱围岩地质状况下的隧道施工中，在软弱围岩隧道施工过程中最突出的问题之一便是掌子面稳定性问题，为了维护掌子面稳定往往需要进行掌子面加固，可是若加固措施不到位，不但危及施工安全，甚至会影响到运营安全。加固方式可采用超前预加固技术，利用管棚和/或锚杆，提高破碎软弱地层的强度和围岩稳定性，保证安全。

但是，围岩掌子面加固效果需要有数据支持，而目前对于围岩掌子面加固应力应变数据分析，往往靠人为进行并做出判断，费时费力，且很难保证计算结果的正确性，对围岩加固的应力应变分析的精度问题，会造成降低加固效果，影响掌子面稳定性的不良后果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了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，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。

可选的，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，表示物元；表示评价单元；表示评价单元的第项影响因素；表示第项影响因素数量化的量值域；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与围岩稳定性等级H的关联度：

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

然后根据物元与围岩稳定性等级H的关联度计算结果来对围岩稳定性进行评价。

可选的，在S300步骤中，所述粘补需求强度预测的预设算法如下：

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

可选的，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，表示浆体发生时变性的粘度值；表示浆体本身的初始粘度值；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；表示实际注浆过程当中所用的时间，属于预设值；