【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于巖土工程與超前預測，尤其涉及一種基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法。
技術介紹
1、tsp法是我國鐵路隧道超前地質預報技術體系中技術較成熟、使用廣泛的一種有地震波反射波法，能在鉆爆法或tbm開挖的隧洞中使用，而不必接近掌子面，具有預報距離相對較長、精度較高、提交資料及時、經濟等優點。該法有效預報距離100～150m，極限可達200m，是一種在隧道工程中被廣泛使用的長距離預報方法。然而目前tsp超前地質預報主要用與掌子面前方巖性的變化的定性檢測，如不規則體、不連續面、斷層和破碎帶等，尤其與隧洞軸線或呈大角度相交的面狀軟弱帶，如斷層、破碎帶、軟弱夾層、地下洞穴(含溶洞)以及地層的分界面等效果較好。但是tsp法測試所得波速(包括其他力學參數)都不是真波速(絕對波速)，而是視波速，因此不能做到隧道巖體物理力學參數的定量預測。隧道巖體的物理力學參數通常使用原位測試獲取，會造成工程投資量增大、工期延長等問題，且難以對掌子面前方的巖體物理力學參數進行超前預測。因此，利用tsp數據快速預測掌子面前方巖體的物理力學參數對于提高施工效率、確保工程的安全與穩定具有重要的工程實踐意義。
2、因此，現有的技術問題指出目前缺乏一種基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數預測的方法。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提出了一種基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，以解決上述現有技術存在的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供
3、基于地震波信息接收探頭進行tsp數據采集作業，獲取縱波速度和橫波速度；
4、基于所述縱波速度和橫波速度對掌子面前方巖體進行劃分，生成若干區段；
5、對掌子面前方巖體進行巖體聲波測試，獲得巖體橫、縱波速的實測值，同時對所述若干區段進行點荷載強度試驗，獲得巖石的單軸抗壓強度值；
6、基于所述巖體聲波測試所獲巖體橫、縱波速的實測值獲得巖體的絕對波速值，同時基于巖體的單軸抗壓強度值獲得巖石的絕對波速；
7、基于所述巖石的絕對波速值和所述巖體的絕對波速值計算獲取巖體物理力學參數。
8、優選地，所述基于地震波信息接收探頭進行tsp數據采集作業的過程包括：
9、根據操作規范和預報要求進行地震波信息接收探頭埋設和藥包的埋設，若在噪音監測模型下環境噪音低于噪音閾值，則進行tsp數據采集作業；
10、對所述數據采集作業獲得的數據進行處理，獲得各段圍巖的縱波速度和橫波速度。
11、優選地，獲得各段圍巖的縱波速度和橫波速度后還包括：
12、基于所述縱波速度和所述橫波速度計算獲得動力學參數；
13、所述獲得動力學參數的表達式為：
14、
15、其中，vp為縱波速度，vs為橫波波速，ρ為圍巖的密度，ed為動彈性模量，gd為動剪切模量，μd為泊松比。
16、優選地，基于所述縱波速度和橫波速度對掌子面前方巖體進行劃分，生成若干區段的過程包括：
17、將所述縱波速度和橫波速度相同的巖體區段視為具有相同的物理力學性質，據tsp法物理力學參數成果圖中波速的起伏變化可將掌子面前方巖體劃分為若干區段，所述若干區段的視波速值相等，且記錄所述若干區段的起始里程以及里程范圍。
18、優選地，對所述若干區段進行點荷載強度試驗，獲得巖石的單軸抗壓強度值的過程包括：
19、點荷載儀對掌子面處巖石試樣進行點荷載強度試驗，記錄巖石的破壞荷載，基于所述巖石的破壞荷載獲取巖石的點荷載強度指數；
20、基于所述巖石的點荷載強度指數估算所述巖石的單軸抗壓強度值。
21、優選地，基于所述巖石的破壞荷載獲取巖石的點荷載強度指數的表達式為：
22、p＝cf；
23、
24、其中，p為破壞荷載，單位為n；de2為破壞面等效圓直徑的平方值，單位為mm2；c為標定系數；f為破壞荷載，單位為mpa；af為破壞面面積，單位為mm2；is為巖石的點荷載強度，單位為mpa。
25、優選地，基于所述巖石的點荷載強度指數估算所述巖石的單軸抗壓強度值的表達式為：
26、
27、其中，p為巖石單軸抗壓強度，單位為mpa；is(50)為等價巖心直徑為50mm的巖石點荷載強度指數，單位為mpa。
28、優選地，基于所述巖體聲波測試所獲巖體橫、縱波速的實測值獲得巖體的絕對波速值的方法為：
29、將tsp波速成果圖像上巖體波速曲線進行了一次向下vpt-vps的平移變換，變換后的曲線所對應的數據即為巖體的絕對波速值；
30、其中vpt為tsp測試巖體縱波波速值；vpt為tsp測試巖體橫波波速值；vps為巖體聲波測試所得巖體縱波波速值；vss為巖體聲波測試所得巖體橫波波速值；
31、基于所述巖石的單軸抗壓強度值獲得得到巖石的絕對波速值的表達式為：
32、
33、其中，vpr為巖石的縱波波速。
34、優選地，所述巖體物理力學參數包括巖體完整性指數、巖體抗壓強度值、巖體重度、巖體的抗剪強度參數和巖體動彈性參數。
35、優選地，所述巖體完整性指數的計算表達式為：
36、
37、其中，kv為巖體完整性指數，無量綱；vp為巖體的縱波波速，單位為m/s；
38、所述巖體抗壓強度值的計算表達式為：
39、
40、其中，r為巖體單軸抗壓強度；
41、所述巖體重度的計算表達式為：
42、
43、其中，γ為巖體重度；
44、所述巖體的抗剪強度參數的計算表達式為：
45、
46、其中，c為巖體內聚力；為巖體內摩擦角。
47、與現有技術相比，本專利技術具有如下優點和技術效果：
48、本專利技術基于tsp法對隧道掌子面前方巖體波速的超前預報技術，依據巖體聲波測試實測巖體波速值對tsp法所得的視波速進行修正，從而得到隧道未開挖段巖體的絕對波速值；同時通過巖石點荷載試驗實測巖石的強度參數，依據巖石強度參數和巖體波速進行掌子面前方巖體強度參數的預測。使用理論公式以及經驗公式充分挖掘了tsp預報功能，準確預測tsp測試范圍內掌子面前方巖體的物理力學參數。本專利技術提出的方法具有簡便、快捷、經濟、準確率高等優點，為tsp探測方法賦予新功能，可為隧道巖體物理力學參數的預測提供行之有效的手段。
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1.一種基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，所述基于地震波信息接收探頭進行TSP數據采集作業的過程包括：
3.根據權利要求2所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，獲得各段圍巖的縱波速度和橫波速度后還包括：
4.根據權利要求1所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，基于所述縱波速度和橫波速度對掌子面前方巖體進行劃分，生成若干區段的過程包括：
5.根據權利要求1所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，對所述若干區段進行點荷載強度試驗，獲得巖石的單軸抗壓強度值的過程包括：
6.根據權利要求5所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，基于所述巖石的破壞荷載獲取巖石的點荷載強度指數的表達式為：
7.根據權利要求5所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其
8.根據權利要求1所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，基于所述巖體聲波測試所獲巖體橫、縱波速的實測值獲得巖體的絕對波速值的方法為：
9.根據權利要求1所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，所述巖體物理力學參數包括巖體完整性指數、巖體抗壓強度值、巖體重度、巖體的抗剪強度參數和巖體動彈性參數。
10.根據權利要求9所述的基于TSP超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，所述巖體完整性指數的計算表達式為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，所述基于地震波信息接收探頭進行tsp數據采集作業的過程包括：
3.根據權利要求2所述的基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，獲得各段圍巖的縱波速度和橫波速度后還包括：
4.根據權利要求1所述的基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，基于所述縱波速度和橫波速度對掌子面前方巖體進行劃分，生成若干區段的過程包括：
5.根據權利要求1所述的基于tsp超前地質預報的巖體物理力學參數的預測方法，其特征在于，對所述若干區段進行點荷載強度試驗，獲得巖石的單軸抗壓強度值的過程包括：
6.根據權利要求5所述的基于tsp超前地...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張國華，孫雨辰，華東杰，熊峰，
申請(專利權)人：中國地質大學武漢，
類型：發明
國別省市：
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