[发明专利]一种地铁隧道施工过程中地质条件模型化方法

说明书

本发明属于地铁工程技术领域，涉及一种地铁隧道施工过程中地质条件模型化方法，先获取岩石工程空间数据库，再建立岩石工程地质模型，然后进行空间数据插值以及地层的处理与模拟，最后生成虚拟钻孔；其方法简单，操作方便，综合利用图片及数据处理软件的图片分析、数值计算、统计等程序，简单明确地将地铁穿过的区域进行模型化分类，为实际工程提供可参考的依据，过程简单明了，结果数据准确高。

技术领域：

本发明属于地铁工程技术领域，涉及一种地铁隧道施工过程中地质条件模型化方法，将地铁穿过的区域地质条件进行模型化分类，为实际地铁施工工程提供可参考的依据。

背景技术：

相似材料模拟试验能够模拟许多现实中不能实现的科学研究，且试验具备可重复性，能够对比分析不同因素下的模拟结果，近年来已经成为一种强有力的科学研究手段。国外一些国家十分重视相似材料模拟试验方法在生产和科研中的应用，并在对矿山压力现象的研究中大量采用相似材料模拟方法，对此方法的发展起了很大的作用。在国内，唐山煤研所与1958年首先开展了这方面的研究工作，几十年来，这一方法已在各个领域得到了广泛应用，并取得了显著的的效果。但是，现有的方法中还存在以下缺点和不足：模拟的岩体参数的选择与原岩状态中的岩体参数有一定的差别，除此之外，由于模拟的模型一般不能取的很大，模拟实验的边界效应很难确定。因此，需要对相似理论的研究、相似材料性质的研究、相似方法的研究以及实验数据的收集和处理方法的研究进一步发展，设计一种地铁隧道施工过程中地质条件模型化方法，采用相似材料模型试验的方法应用到地铁隧道穿过的区域，把地铁穿过的区域进行模型化分类，运用反分析法并对其开挖过程进行模拟,并与监测数据进行对比，得出相对准确的围岩参数，进而选取地质条件相似的地段进行车站、区间的有限元模拟，验证所得围岩参数，进而对围岩进行分析、总结，得出地面变形规律，为实际工程提供可参考的依据。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种地铁隧道施工过程中地质条件模型化方法，将地铁穿过的区域进行模型化分类，为实际工程提供可参考的依据。

为了实现上述目的，本发明对地铁隧道施工过程中地质条件模型化的具体过程为：

(1)获取岩石工程空间数据库：运用GIS的空间地理统计分析功能，将地铁隧道施工区域内的各个地基情况和与之对应基础情况按空间分布进行归类，并建立岩石工程空间数据库；

(2)建立岩石工程地质模型：采用数学模型法建立岩土工程地质模型，具体建模过程为：给定一组己知空间数据,从这些数据中找到一个函数关系式,使该关系式最好地逼近这些己知的地质空间数据,并根据该函数关系式推求出区域范围其他任意点的值；

(3)空间数据插值：采用整体拟合和局部拟合中的三角形上的线性内插法进行空间数据差值，具体过程为：将虚拟点所落在的三角形按照研究区域标准地层分层情况虚拟成M层，M为研究区域标准土层数，不需要考虑是否存在土层缺失的情况，之后按土层层厚来处理，当平面上已完成基于三角网后,任意一p(x,y,z)必在三角形Δp₁p₂p₃的顶点上、三角形边线上、三角形内；

(4)地层的处理与模拟：采用整体拟合和局部拟合方法，通过离散的地层资料来描述其空间分布规律，先确定各个地层的上下表面,然后根据数学模型法生成各个地层，把各个地层按照真实的层序在空间上叠加；

(5)生成虚拟钻孔：通过地质模型、插值算法和岩土工程空间统计技术,根据需要模拟出研究区域任意点的虚拟钻孔土层情况，先要判断虚拟钻孔点p(p₁,p₂,p₃)落在哪个三角形内(落在三角形顶点和三角形边线上的情形为点在三角形内的特殊情形)，先根据点和三角形3个顶点组成的3个小三角形的面积和等于原来大三角形面积的判断原则判断出点落在哪个三角形内，再根据插值算法和空间地质统计技术进行虚拟钻孔计算,具体包括：