[发明专利]一种深部硬岩隧道围岩稳定性三维动态量化评价方法

权利要求书

1.一种深部硬岩隧道围岩稳定性三维动态量化评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过现场原位测试手段和数字化手段采集隧道地质和围岩的参数；

S2：利用采集的参数构建基于GZZ三维岩体强度准则的隧道围岩三维力学分析模型，并给出破坏区的控制方程和目标函数；

S3：封装相关参数和目标函数到人工智能算法中，并使用人工智能算法对目标函数进行求解；

S4：利用封装的人工智能算法程序自动执行隧道掘进过程中参数动态更新后的稳定性评估。

2.根据权利要求1所述的深部硬岩隧道围岩稳定性三维动态量化评价方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：

S11：利用数字化手段开展精细数字化信息原位获取，确定地质强度指标GSI和扰动系数D；

S12：通过回弹动力学测试或经验统计模型的方式获取岩石软硬程度m_i；结合所述S11中获取的参数GSI和D，进一步计算岩体强度参数m_b、s和a，参数m_b、s和a的计算公式表示为：

S13：利用现场真三轴试验、获取岩石单轴抗压强度σ_c；地质勘测手段(水压致裂法和声发射法等)现场原位测试水平地应力p和竖直地应力q。

3.根据权利要求2所述的深部硬岩隧道围岩稳定性三维动态量化评价方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：

S21：根据静力平衡条件与GZZ三维强度准则，构建获取围岩破坏区内应力分布的控制方程，其中GZZ三维强度准则表示为：

其中，

S22：利用两个弹性复势函数给出围岩未破坏区域内的应力分布；

S23：根据静力平衡原理给出确定破坏区的控制方程组，给出求解破坏区的目标函数。

4.根据权利要求3所述的深部硬岩隧道围岩稳定性三维动态量化评价方法，其特征在于，所述S21中，围岩破坏区内应力分布通过如下步骤实现：

S211：建立非关联的塑性势函数Q、表示为：

其中，β为反映岩体剪胀特性的体积修正系数；

根据非关联的塑性势函数Q、塑性流动法则与隧道轴向应变ε_z获取确定隧道面外塑性应力σ_z的关系式，表示为：

其中，dλ为一正的比例因子；

S212：将S211中确定隧道面外塑性应力σ_z的关系式代入GZZ三维强度准则，得到关于围岩垂直于隧道掘进方向的面内应力控制方程，表示为：

其中，α根据隧道轴向应变ε_z的大小确定，最为一般的情形是ε_z＝0时的平面应变模型，此时α取0.5。

S213：将所述控制方程结合平衡微分方程，采用滑移线法获取破坏区内围岩应力分布。

5.根据权利要求4所述的深部硬岩隧道围岩稳定性三维动态量化评价方法，其特征在于，所述S22中，围岩未破坏区域内的应力分布通过如下步骤实现：

S221：将围岩中破坏区的边界用一个映射函数来表示，其形式为Taylor级数，表示为：

其中，R和c_k为待求的映射函数系数，且均为实数；m≥6；求解映射函数系数等价于确定了破坏区的分布形态，即将破坏区的形状和大小参数化定量表示；

S222：围岩未破坏区域内的应力分布使用两个与地应力有关的复势函数表示，其形式为Taylor级数，表示为：

其中，a_k和b_k均为实数；n≥40；

S223：给定映射函数系数后，围岩未破坏区域内的应力分布按照以下方程给出：

其中，为围岩未破坏区域面内应力分量的极坐标表示。