[发明专利]一种基于破碎岩体节理模型确定隧道开挖进尺量的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于破碎岩体节理模型确定隧道开挖进尺量的计算方法，包括，获取破碎岩体的节理信息，并依照节理信息以及开挖进尺构建正交试验表；通过三维离散单元法计算正交试验表对应的拱顶沉降和洞周收敛，建立机器学习样本；利用机器学习算法对学习样本进行训练，建立回归模型；通过布谷鸟智能优化算法对回归模型进行优化；获取待开挖的地层区域的节理信息，建立破碎岩体工程节理分布计算表和分布模型；根据分布计算表、开挖进尺计算表，通过回归模型计算对应的拱顶沉降和洞周收敛值；当结果小于工程中对拱顶沉降和洞周收敛的限定值时输出循环开挖进尺值。能够快速确定隧道开挖进尺值，提高了计算结果的准确性。

技术领域

本发明涉及机器学习及图像识别技术领域，尤其涉及一种基于破碎岩体节理模型确定隧道开挖进尺量的计算方法。

背景技术

隧道建设过程中首先需要保证工程的稳定性，隧道的开挖进尺是决定工程稳定性关键性因素，隧道围岩的力学特征，特别是破碎岩体的节理信息是影响开挖进尺的重要因素。

由于地质运动、爆破、冻融循环等因素影响，节理裂隙在隧道岩石发育并广泛存在，且这些节理往往是不连续的，其迹长、密度、倾角等参数的变异性导致了隧道围岩系统稳定性状态具有高度不确定性。传统的遍布节理模型虽然考虑了节理因素的影响，但是其节理是贯通的、直线的，不能反应围岩整体的状态。使用传统的数值计算软件在遍布节理模型下计算隧道开挖进尺时需要先建立隧道的数值模型，再输入围岩力学参数，最后人为的进行数值计算，时间周期长、单次计算的结果误差大，具有一定的局限性。

发明内容

本发明提供一种基于破碎岩体节理模型确定隧道开挖进尺量的计算方法，以克服上述技术问题。

一种基于破碎岩体节理模型确定隧道开挖进尺量的计算方法，包括以下步骤：

S1、使用图像识别方法和超前地质预报确定破碎岩体的节理信息，并依照节理信息和开挖进尺构建正交试验表，所述节理信息包括破碎岩体最大边缘、破碎岩体最小边缘、节理粘聚力以及节理摩擦角；

S2、根据破碎岩体的节理信息建立破碎岩体模型，通过三维离散单元法对建立破碎岩体模型配合不同开挖进尺进行计算，得到对应的隧道最终拱顶沉降和洞周收敛，并建立机器学习样本的集合，所述学习样本的属性包括节理信息、开挖进尺、拱顶沉降以及洞周收敛；

S3、利用机器学习算法对学习样本集合进行训练，建立学习样本之间的非线性映射关系的回归模型；

S4、通过布谷鸟智能优化算法对所述回归模型进行优化；

S5、对待开挖的地层区域进行取样获得破碎岩体节理信息，建立对应工程的破碎岩体工程节理分布计算表；

S6、根据工程经验建立循环开挖进尺计算表，根据所述破碎岩体工程节理分布计算表，随机抽取循环开挖进尺计算表中的开挖进尺值，通过所述回归模型计算得到对应的拱顶沉降和洞周收敛值；

S7、将拱顶沉降和洞周收敛值与工程中对拱顶沉降和洞周收敛的限定值进行比较，若小于限定值则进入S8，若大于限定值则执行S6；

S8、输出开挖进尺值作为当前的循环开挖进尺。

进一步的，所述步骤2中根据破碎岩体的节理信息建立的破碎岩体模型包括以下步骤：

S21、根据破碎岩体最大边缘、破碎岩体最小边缘设置合适的离散点空间密度，随机形成离散点；

S22、以离散点为顶点，以破碎岩体最大边缘和最小边缘为三角形的最大边缘和最小边缘为边长的上下限值，在确保每个三角形中不包含独立离散点对情况下构建Delaunay三角，并形成空间三角网络，从破碎岩体模型原点开始以顺时针顺序以先近后远、先下后上的顺序分别对每个离散点和三角形进行编号；