【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及隧道防護，特別涉及一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法、系統與設備。
技術介紹
1、巖爆是隧道中常見的災害，尤其是在深部或構造應力很高的隧道，當巖體中聚積的高彈性應變能大于巖石破壞所消耗的能量時，臨空巖體積聚的應變能突然而猛烈地全部釋放，致使巖體發生像爆炸一樣的脆性斷裂，造成大量巖石崩落，并產生巨大聲響和氣浪沖擊，往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖石力學領域的世界性難題。
2、傳統采用錨桿-金屬網-噴射混凝土防護體系，但金屬網防護體系存在施工繁瑣、耗費人工大、造價高等缺點，難以滿足隧道建設要求。近年來學者提出采用高分子聚合物制成的柔性網防護網代替傳統金屬網，在發揮支護作用的同時，起到攔截巖爆石塊的作用。
3、然而，巖爆災害特征復雜，傳統“經驗導向為主”的防控設計缺乏動態調整過程，難以兼顧隧道建設安全性和經濟性的要求，導致柔性網因安全性和經濟性的不兼容，無法滿足隧道建設要求。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法、系統與設備，以解決現有技術傳統“經驗導向為主”的防控設計缺乏動態調整過程，難以兼顧隧道建設安全性和經濟性的要求，導致柔性網因安全性和經濟性的不兼容，無法滿足隧道建設要求的問題。
2、本專利技術具體提供如下技術方案：一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，包括如下步驟：
3、獲取巖爆隧道的隧道尺寸參數和圍巖物
4、基于所述隧道尺寸參數和圍巖物理力學參數，建立不同參數下的隧道數值模型，并通過隧道數值模型開展巖爆數值模擬試驗，根據試驗結果獲取不同參數下的巖爆石塊特征參數；
5、獲取初始柔性網參數，確定所述初始柔性網參數的敏感因素取值區間，并結合巖爆石塊特征參數建立石塊沖擊柔性網的數值模型；
6、通過所述石塊沖擊柔性網的數值模型開展柔性網落石沖擊試驗，根據試驗結果建立柔性網參數與極限吸能能力之間的映射關系，以及柔性網在不同能量下的破壞模式，并通過映射關系和破壞模式獲取柔性網攔截能力與沖擊能量的映射關系，根據所述柔性網攔截能力與沖擊能量的映射關系建立柔性網對應巖爆隧道參數的樣本庫；
7、將所述樣本庫中的巖爆隧道參數輸入bp神經網絡，獲取bp神經網絡中柔性網參數的初步取值；
8、根據所述初步取值和工程地勘數據建立柔性網防護巖爆隧道數值模型，并開展柔性網攔截巖爆石塊數值模擬試驗；
9、基于所述柔性網攔截巖爆石塊數值模擬試驗結果獲取沖擊后柔性網和石塊關鍵參數，通過沖擊后柔性網和石塊關鍵參數獲得巖爆攔截石塊效果參數和柔性網成本，使用巖爆攔截石塊效果參數和柔性網成本對柔性網防護效果進行定量評價，并基于所述定量評價結果確定最終柔性網參數。
10、優選的，所述獲取巖爆隧道的隧道尺寸參數和圍巖物理力學參數，其中所述隧道尺寸參數包括隧道洞徑r和隧道埋深h，圍巖物理力學參數包括密度、粘聚力、內摩擦角、彈性模量、泊松比和地應力。
11、優選的，所述獲取初始柔性網參數，確定所述初始柔性網參數的敏感因素取值區間，并結合巖爆石塊特征參數建立石塊沖擊柔性網的數值模型，其中巖爆石塊特征參數包括石塊尺寸、巖爆彈射石塊數量和彈射石塊動能，所述初始柔性網參數包括密度、彈性模量和泊松比，所述敏感因素包括柔性網的條帶拉伸強度、節點強度、條帶寬度和網孔邊長。
12、優選的，將所述樣本庫中的巖爆隧道參數輸入bp神經網絡，獲取bp神經網絡中柔性網參數的初步取值，具體為：
13、將巖爆隧道參數輸入bp神經網絡的輸入層中，通過神經元連接權值處理并輸出到輸出層，獲得柔性網參數的初步取值；具體表達式為：
14、。
15、其中，是表示巖爆隧道參數的輸入信號，是神經元的突觸權值， n是輸入層神經元數量，是偏置，是激活函數，是表示柔性網參數輸出信號，，為神經元數目。
16、優選的，所述獲取bp神經網絡中柔性網參數的初步取值后，還包括如下步驟：
17、將bp神經網絡輸出結果與測試樣本進行對比并分析誤差，若誤差不滿足要求，通過神經元連接反向傳播至輸入層，通過神經元進行連接權值修正，不斷修正連接權值直至誤差滿足要求。
18、優選的，所述將bp神經網絡輸出結果與測試樣本進行對比并分析誤差，若誤差不滿足要求，通過神經元連接反向傳播至輸入層，通過神經元進行連接權值修正，不斷修正連接權值直至誤差滿足要求，包括如下步驟：
19、獲取bp神經網絡隱含層的輸入，具體表達式為：
20、。
21、其中為輸入層節點到隱含層節點的權值，為巖爆隧道參數的輸入信號；
22、通過bp神經網絡隱含層對bp神經網絡隱含層的輸入進行處理，獲取bp神經網絡隱含層的輸出，具體表達式為：
23、。
24、其中，為激活函數，為隱含層節點的閾值；
25、通過所述bp神經網絡隱含層的輸出輸入輸出層，輸出，具體表達式為：
26、。
27、其中，為隱含層節點到輸出層節點的權值，為隱含層節點的輸出，為輸出層節點的閾值，為輸出層節點的實際輸出值；
28、通過bp神經網絡的期望輸出與實際輸出值之差獲取輸出誤差，具體表達式為：
29、。
30、其中，為輸出層節點的期望輸出值，為輸出層的節點數；
31、通過對bp神經網絡的權值和閾值調整，獲取最優的實際輸出值，并通過所述最優的實際輸出值獲得最優的輸出誤差；其中調整后的權值和閾值具體為：
32、。
33、通過所述最優的輸出誤差獲取全局誤差，具體表達式為：
34、。
35、其中，為學習速率，為輸出層神經元的梯度值，為隱含層神經元的梯度值，為調整后隱含層節點到輸出層節點的權值，為調整后輸入層節點到隱含層節點的權值，為調整后輸出層節點的閾值，為調整后隱含層節點的閾值。
36、優選的，所述通過沖擊后柔性網和石塊關鍵參數獲得巖爆攔截石塊效果參數和柔性網成本，包括如下步驟：
37、獲取包括巖爆石塊的攔截比、柔性網吸能比的巖爆攔截石塊效果參數；具體表達式為：
38、。
39、。
40、其中，為巖爆彈射石塊數量；為逃逸石塊數量；為彈射石塊動能；為逃逸石塊動能；
41、獲取柔性網成本，具體表達式為：
42、。
43、其中，為柔性網價格系數，為所需柔性網的數量。
44、優選的，所述使用巖爆攔截石塊效果參數和柔性網成本對柔性網防護效果進行定量評價，具體表達式為：
45、柔性網防護效果=。
46、最優防護效果=。
47、其中，表示在石塊攔截比一定的情況下，柔性網吸能最大且成本最低本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述獲取巖爆隧道的隧道尺寸參數和圍巖物理力學參數，其中所述隧道尺寸參數包括隧道洞徑R和隧道埋深H，圍巖物理力學參數包括密度、粘聚力、內摩擦角、彈性模量、泊松比和地應力。
3.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述獲取初始柔性網參數，確定所述初始柔性網參數的敏感因素取值區間，并結合巖爆石塊特征參數建立石塊沖擊柔性網的數值模型，其中巖爆石塊特征參數包括石塊尺寸、巖爆彈射石塊數量和彈射石塊動能，所述初始柔性網參數包括密度、彈性模量和泊松比，所述敏感因素包括柔性網的條帶拉伸強度、節點強度、條帶寬度和網孔邊長。
4.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，將所述樣本庫中的巖爆隧道參數輸入BP神經網絡，獲取BP神經網絡中柔性網參數的初步取值，具體為：
5.如權利要求4所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述獲取BP
6.如權利要求5所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述將BP神經網絡輸出結果與測試樣本進行對比并分析誤差，若誤差不滿足要求，通過神經元連接反向傳播至輸入層，通過神經元進行連接權值修正，不斷修正連接權值直至誤差滿足要求，包括如下步驟：
7.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述通過沖擊后柔性網和石塊關鍵參數獲得巖爆攔截石塊效果參數和柔性網成本，包括如下步驟：
8.如權利要求7所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，其特征在于，所述使用巖爆攔截石塊效果參數和柔性網成本對柔性網防護效果進行定量評價，具體表達式為：
9.一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計系統，其特征在于，包括：
10.一種計算機設備，其特征在于，包括存儲器及處理器，所述存儲器中儲存有程序，所述程序被所述處理器執行時，使得所述處理器執行如權利要求1至8中任一項所述一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述獲取巖爆隧道的隧道尺寸參數和圍巖物理力學參數，其中所述隧道尺寸參數包括隧道洞徑r和隧道埋深h，圍巖物理力學參數包括密度、粘聚力、內摩擦角、彈性模量、泊松比和地應力。
3.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，所述獲取初始柔性網參數，確定所述初始柔性網參數的敏感因素取值區間，并結合巖爆石塊特征參數建立石塊沖擊柔性網的數值模型，其中巖爆石塊特征參數包括石塊尺寸、巖爆彈射石塊數量和彈射石塊動能，所述初始柔性網參數包括密度、彈性模量和泊松比，所述敏感因素包括柔性網的條帶拉伸強度、節點強度、條帶寬度和網孔邊長。
4.如權利要求1所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于，將所述樣本庫中的巖爆隧道參數輸入bp神經網絡，獲取bp神經網絡中柔性網參數的初步取值，具體為：
5.如權利要求4所述的一種巖爆隧道用柔性網參數的優化設計方法，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王美霞，田聰，楊為民，白逸凡，張志遠，宋選，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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