[发明专利]一种巷道围岩应力建模与预测方法

说明书

本发明涉及岩土检测技术领域，具体公开了一种巷道围岩应力建模与预测方法，该方法是利用优化后的ELM算法建立巷道围岩应变应力的分析数学模型，利用所建立的数学模型在仅知道应变的情况下获得应力。首先，选取若干份巷道围岩应力和应变的实际检测值，进行归一化处理；然后，对归一化后的应变应力数据中的一部分数据建立传统ELM模型，利用贪心算法，优化ELM的输入层权值建立优化后的定量分析数学模型；然后，基于该数学模型对已知的巷道变应预测获得应力。本发明首次将ELM模型应用于巷道围岩应力应变的建模，从而实现在仅知道围岩应变的情况下对应力的预测，利用计算机建模并计算，其分析周期短、成本低、操作步骤简单、提高了工作效率，同时减少人为误差。

技术领域

本发明涉及岩土检测技术领域，具体涉及一种巷道围岩应力建模与预测方法。

背景技术

巷道开挖，围岩能量释放，同时在围岩中产生偏应力。围岩应力是原岩应力与偏应力的叠加，偏应力能控制岩体破坏。对于施工人员来说，巷道围岩安全分级是施工前的重要指导方针。正确的分类可以降低施工成本，提高施工效率，避免潜在危险。目前，以定量指标为主的巷道围岩安全等级划分已成为发展方向。巷道围岩的应变与应力是两个重要的定量指标，实际工程中，巷道围岩应变的测量较为容易，但是巷道围岩的应力的测量却比较困难，而且成本高昂。

现有的能够有效测量应力的传感器往往体积较大，操作不便，且价格高昂，难以实现大规模长时间的测量，测量主要采用人工间断观测和采集，监测结果滞后。已有数值分析建模方法，利用数值计算法，如有限差分法，有限元法，边界元法，离散元法等，如著名的仿真计算软件FLAC3D是基于有限差分法编制的，根据岩土的弹性模量，剪切模量，密度，抗拉强度等一系列静态参数，能够模拟巷道围岩的应力与应变，获得的为理想情况下数据，但在实际操作中，这些方法需要测量的参数较多，且很难预测获得现实情况中准确的应力与应变值。

目前，尚未有能够准确在仅知道围岩应变的情况下预测巷道应力的方法，也未有能够预测被测试部分中巷道应力值以及趋势走向的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种巷道围岩应力建模与预测方法，该方法是先利用改进输入层权值的ELM算法建立巷道围岩应变与应力的定量分析数学模型，利用所建立的数学模型定量预测出应力值的变化。该方法分析周期短，易操作，可操作性强且通过计算机提高了精度、准确性高。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种巷道围岩应力建模与预测方法，该方法包括如下步骤：

S1，测量获取巷道围岩N个点的应力值与应变值，记录M天中每一天的巷道围岩的每个点的应变值与应力值的数据；其中，所述巷道为马蹄铁型；

S2，对所述步骤一获得的数据进行归一化处理，将所述应变值和应力值处理为-1到1之间的数值；

S3，利用所述S2归一化后的数值建立经过改良的ELM算法定量分析数学模型，基于该数学模型对需要预测的应变数据进行测试，获得被预测部分中的应力值以及趋势走向。

如上所述的方法，优选地，所述S2包括以下步骤：

S101、将巷道围岩的所述N个点分别在垂直和水平方向的应变值数据制成M×2N的矩阵A；以及其中一个点的应力值数据制成M×1的矩阵B；

S201、对所述步骤S101中得到的所述矩阵A、B进行归一化处理；分别在所述矩阵A、B中取最大的数据记为Cmax和最小的数据记为Cmin，并对两者做差得到C_r，C_t满足公式一；