一种基于TSP数据对岩石抗压强度的推算方法

本发明涉及一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，属于地质工程。

背景技术：

1、隧道施工中经常遇到软岩大变形、涌水(泥、砂) 、塌方、岩爆、瓦斯突出等地质灾害，导致人员伤亡，设备损毁，工期延误，给施工造成很大的危害。近年来，隧道施工技术有了很大的发展，为了保证施工的安全和高效，采用各种技术、手段和方法对掌子面前方岩石强度等地质条件进行及时准确的探测和预报，可以大大减少隧道施工的盲目性，提前采取预防措施，避免在施工过程中诱发不良地质灾害，或将地质灾害影响降到最低。此外，还可以根据现场地质预报结果，及时调整或修正围岩级别，优化设计参数及施工方法，正确指导施工。要对隧道前方尚未开挖段进行地质预报，岩体强度是需要预报的重要参数之一，它直接影响着隧道围岩的稳定性。

2、目前，获取隧道尚未开挖段的岩石强度的方法主要是通过钻探法刻取并取出岩芯，再通过试验室对岩芯进行加工制作成岩石样本后，经过力学试验得到其准确的岩石强度。目前通过钻探法取出岩芯并通过试验室对其做抗压强度测试的方法需要采用专业取样设备，在隧道掌子面前方进行钻孔取样，耽误施工进度的同时，难以及时获取隧道前方尚未开挖段的岩石强度，从而难以对前方围岩稳定性进行判断。因此现有方法存在成本高，耗时长等问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法。

2、本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，包括以下步骤：

3、s10、获取目标隧道的岩性、泊松比、纵波速度和横波速度；

4、s20、根据纵波速度和横波速度分别计算动态杨氏模量和静态杨氏模量；

5、s30、采用拟合算法求得函数在所有上的值平方和最小的最优参数、、、、、；

6、

7、式中：为静态杨氏模量；为动态杨氏模量；、、、、、均为系数；

8、s40、分别通过计算得到的静态杨氏模量和动态杨氏模量再分别计算岩体的第一抗压强度、第二抗压强度；

9、

10、

11、式中：为静态杨氏模量；为动态杨氏模量；为第一抗压强度；为第二抗压强度；、、、、、均为系数；

12、s50、求取第一抗压强度、第二抗压强度的平均值为岩体的抗压强度。

13、进一步的技术方案是，所述s10中获得纵波速度和横波速度的具体过程为：

14、s11、向隧道掌子面激发地震波，并采集经隧道围岩反馈的地震波；

15、s12、根据隧道围岩反馈的地震波求得地震波对应的纵波速度和横波速度。

16、进一步的技术方案是，所述步骤s11中在隧道掌子面内布置激发孔，通过在激发孔中人工激发地震波。

17、进一步的技术方案是，所述步骤s11中通过高精度的接收器接收反馈的地震波。

18、进一步的技术方案是，所述步骤s12中横波波速的计算公式是：纵波波速/泊松比=横波波速。

19、进一步的技术方案是，所述步骤s30中静态杨氏模量的计算公式为：

20、

21、式中：为静态杨氏模量；为切变模量；为拉梅参数。

22、进一步的技术方案是，所述步骤s30中动态杨氏模量的计算公式为：

23、

24、式中：为动态杨氏模量；为岩体密度；为纵波波速；为横波波速。

25、进一步的技术方案是，所述步骤s30中根据岩性来选择拟合算法。

26、本发明具有以下有益效果：

27、1、经济成本较低。通过本方法对岩石抗压强度进行推算，可以仅用岩体的纵波波速与横波波速值将隧道掌子面前方120米的岩石抗压强度控制在一个合理的区间范围。

28、2、处理速度较快。本方法相较于钻探等方法具有探测速度快的优势，无需从钻孔取样到试验室加工并进行力学测试试验的繁琐流程。

29、3、适用范围广。本方法在推算岩石的种类上覆盖了tsp可用于操作的绝大多数种类的岩石，例如花岗岩，砂岩，板岩等；本方法在探测岩体抗压强度空间范围上，可适用于除隧道进口120米外的隧道开挖全段。

30、4、操作简单。本方法仅利用同一种岩石抗压强度具有唯一性原理，利用简单的数学计算和推导即可得到，无需专业软件和设备辅助。

技术特征：

1.一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述s10中获得纵波速度和横波速度的具体过程为：

3.根据权利要求2所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述步骤s11中在隧道掌子面内布置激发孔，通过在激发孔中人工激发地震波。

4.根据权利要求2所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述步骤s11中通过高精度的接收器接收反馈的地震波。

5.根据权利要求2所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述步骤s12中横波波速的计算公式是：纵波波速/泊松比=横波波速。

6.根据权利要求1所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述步骤s20中静态杨氏模量的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述步骤s20中动态杨氏模量的计算公式为：

8.根据权利要求1所述的一种基于tsp数据对岩石抗压强度的推算方法，其特征在于，所述步骤s30中根据岩性来选择拟合算法。

技术总结
本发明涉及一种基于TSP数据对岩石抗压强度的推算方法，属于地质工程技术领域。本发明公开一种基于TSP数据对岩石抗压强度的推算方法，包括：获取目标隧道的岩性、泊松比、纵波速度和横波速度；根据纵波速度和横波速度分别计算动态杨氏模量和静态杨氏模量；采用拟合算法求得函数在所有上的值平方和最小的最优参数；分别通过计算得到的静态杨氏模量和动态杨氏模量再分别计算岩体的第一抗压强度、第二抗压强度；求取第一抗压强度、第二抗压强度的平均值为岩体的抗压强度。本发明具有经济成本较低、处理速度较快、适用范围广、操作简单等优点。

技术研发人员：杨洋,张志厚,谭承桉,张营旭,赵广茂,黄丽敏,吴艳霞,舒永正,张寒韬
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24