[发明专利]水电站地下洞群围岩力学参数反演方法

权利要求书

1.水电站地下洞群围岩力学参数反演方法，其特征在于，包括：

步骤1、根据水电站地下洞群区对应数据建立地下洞群的FLAC3D三维数值模拟模型；

步骤2、根据水电站地下洞群区实测地应力数据反演地下洞群区三维初始地应力场，并将应力场施加到FLAC3D三维数值模拟模型中；

步骤3、采用正交设计方法确定待反演参数取值样本方案；

步骤4、将参数取值样本方案输入到施加了应力场的FLAC3D三维数值模拟模型中进行洞群开挖支护模拟计算，从各开挖模拟步计算结果中提取各多点位移计的相对位移计算值，相对位移为沿多点位移计测孔方向上的孔口相对孔底的位移值；洞群开挖支护模拟计算的具体方法包括：对洞周松弛区进行动态建模以及确定松弛区围岩变形与强度参数；其中对洞周松弛区进行动态建模的具体方法包括：根据沿洞轴向多个声波检测断面上的检测结果，通过Catia软件形成松弛区边界的封闭包络面，再通过空间关系分析对该封闭包络面内外的单元进行区分；

所述空间关系分析的具体方法包括：将以stl格式文件存储的描述松弛区空间形态的包络面几何信息处理成易于读取的文本文件格式，再利用FLAC3D三维数值模拟模型的脚本编程语言FISH编写空间关系分析函数，使用该分析函数遍历三维数值模拟模型中的所有单元，并判断该单元在松弛区内部还是外部；若在松弛区内部且不属于开挖体，则将其归入洞周松弛区单元组；

所述空间关系分析函数的判断流程包括：

步骤601、构造从单元中心点O发出的一条射线，射线方向为d，并初始化计数变量count＝0；

步骤602、循环计算该射线与构成包络面的每一个三角面片的交点P，三角面片用(v₁，v₂，v₃，n)表示，v_i为三角面的顶点，i＝1,2,3，n为三角面的法向量，

步骤603、判断交点P是否满足不等式组：若满足，则判定交点P在三角面内，并令count＝count+1；

步骤604、循环计算与判断结束后，若计数变量count为奇数，则标记该单元在松弛区内；

所述确定松弛区围岩变形与强度参数的具体方法包括：

步骤(1)、根据具体工程所涉及的岩体，选用对应的估算岩体弹性模量的经验公式；

具体选用方法包括：岩体类别不详选择公式：花岗岩选择公式：E_m＝0.01(V_p)^4.8；变质砂岩、二长岩选择公式：E_m＝0.0238(V_p)^4.3266；

然后将具体工程各类岩体实测的开挖前后岩体波速代入所选经验公式中，计算开挖前、后弹模比值r_E，r_E＝E_m(V_p')/E_m(V_p)，将开挖前岩体弹模乘以r_E即可确定松弛区岩体弹模，根据松弛区岩体弹模确定松弛区围岩变形参数；V_p'、V_p分别为开挖前后岩体波速，单位km/s，E_m为岩体弹模估算值，单位为GPa；

步骤(2)、确定屈服准则；当采用M-C屈服准则时，采用如下的声波波速下降幅度与岩体强度参数变化幅度之间的关系，按如下确定黏聚力与内摩擦角：

当声波波速下降5％～8％时，黏聚力值降低15％～25％，内摩擦角值升高14％～32％；

当声波波速下降10％～30％时，黏聚力值降低25％～40％，内摩擦角值降低5％～30％；

黏聚力与内摩擦角即为松弛区围岩强度参数；

当采用H-B屈服准则时，依据开挖前、后岩体波速，按照：确定洞周松弛区岩体扰动参数D；

进一步再按照确定松弛区岩体H-B准则参数m_b和s，m_b和s即为松弛区围岩强度参数；GSI为地质强度指标值，m_i为完整岩石的H-B准则常数；

步骤5、获取对应所有样本方案的多点位移计的相对位移增量计算值，得到该多点位移计对应的“力学参数-围岩位移”样本；

步骤6、根据多点位移计的“力学参数-围岩位移”样本，得到该多点位移计对应的支持向量回归模型；

步骤7、根据本阶段参数反演所选取的多点位移计监测数据以及该多点位移计对应的支持向量回归模型，建立反演问题目标优化函数：x为一组待反演力学参数取值，为对应第i个多点位移计的支持向量回归模型所预测的位移，为第i个多点位移计的实测位移，N为用于本阶段参数反演的多点位移计个数；

步骤8、将目标优化函数的极小值对应的力学参数值作为本阶段参数反演参数的取值。