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【发明公布】基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法_绍兴文理学院_202011011852.2 

申请/专利权人:绍兴文理学院

申请日:2020-09-16

公开(公告)日:2021-01-08

公开(公告)号:CN112200426A

主分类号:G06Q10/06(20120101)

分类号:G06Q10/06(20120101);G01B11/25(20060101);G01N3/08(20060101);G06F7/58(20060101);G06F30/13(20200101);G06F30/20(20200101);G06K9/62(20060101);G06T11/20(20060101);G06T17/00(20060101);G06F119/14(20200101);G06F111/10(20200101)

优先权:

专利状态码:失效-发明专利申请公布后的撤回

法律状态:2022.11.25#发明专利申请公布后的撤回;2021.03.19#实质审查的生效;2021.01.08#公开

摘要:一种基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法,属于采空区稳定性评价领域,其步骤包括:1结构面三维激光扫描快速获取;2结构面聚类分析;3基于BQ指标的岩体质量计算;4岩体三维裂隙网络模型生成和剖切;5RQDt各向异性图绘制;6基于BQ反演的最佳阈值t求解方法;7RQDt各向异性求解方法;8地应力测量方法;9Mathews稳定图法的改进方法;10改进Mathews稳定图评价方法;11围岩稳定性动态分析方法;12空区稳定性动态评价方法。本发明实现了基于改进Mathews稳定图法和数值模拟相结合的空区围岩稳定性动态评价。本发明方法明确,适用于采空区围岩稳定性的动态评价。

主权项:1.一种基于激光扫描、BQ、数值模拟的围岩稳定性动态评价方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1结构面三维激光扫描快速获取,过程如下:1.1:根据扫描目标和场地条件,选择扫描机位点,架设三脚架,架设中要确保仪器按照一定的扫描路线可以完整的获取边坡岩体的三维空间点云信息,同时要尽可能保证三脚架台面水平,并放置控制靶;1.2:放置扫描仪主机在三脚架台面,固定旋钮,通过粗调脚架及微调扫描仪底座使主机气泡居中,设置扫描仪端口参数;1.3:启动扫描控制软件,配置扫描仪相关参数,进入扫描仪控制界面,规划扫描角度,根据扫描目标设置扫描范围,调整相机配置参数,获取扫描目标图像;1.4:固定扫描范围,获取扫描间距,设定采样间距,开始数据获取,并实时查看扫描点云数据及彩色信息情况,根据扫描成果随时调整扫描参数设定;1.5:导出结构面点云数据;2结构面聚类分析;3基于BQ指标的岩体质量计算,过程如下:3.1:根据结构面参数计算岩体完整性系数,公式如下: 式中:Jv为岩体体积节理数,单位条m3;3.2:Jv计算公式如下: 式中:L1,L2,...,Ln为垂直于结构面测线长度;N1,N2,...,Nn为同组结构面数目;3.3:根据岩石单轴抗压强度值和岩体完整性系数值,计算BQ值:BQ=90+3Rc+250Kv式中:Rc是岩石单轴抗压强度;Kv为岩体完整性系数;3.4:在应用BQ计算公式过程中,遵循以下条件:当Rc>90Kv+30时,以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值;当Kv>0.04Rc+0.4时,以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值;3.5:根据地下水、软弱结构面产状和天然应力影响对BQ进行修正,修正公式如下:[BQ]=BQ-100K1+K2+K3式中:K1为地下水影响修正系数;K2为软件结构面产状影响修正系数;K3为天然应力影响修正系数;3.6:得到修正后的BQ岩体分级结果;4岩体三维裂隙网络模型生成和剖切;5RQDt各向异性图绘制;6基于BQ反演的最佳阈值t求解方法;7RQDt各向异性求解方法;8地应力测量方法,过程如下:8.1:地应力的测量采用直接测量法中的声发射法来进行测量;8.2:在垂直方向上,每隔一定深度距离,选取取样点;8.3:从取样点处的现场原岩中钻孔提取岩芯试样,将试样加工成标准圆柱试件,取芯过程如下;8.3.1:在待取芯处的原岩中沿6个不同方向制备试件;8.3.2:6个不同方向按如下划分,若该点的局部坐标系为oxyz,则其中3个方向设定为坐标轴方向,另3个方向选定为oxy、oyz、ozx平面内的轴角平分线方向;8.3.3:每个方向的试件取样数量为20块;8.4:开展室内声发射测试试验,过程如下:8.4.1:采用声发射测试系统进行实验;8.4.2:试验加载方式采用位移控制加载,加载速率为0.01mmmin,声发射系统设置门槛值为45dB,微机控制下自动采集和储存的数据;8.4.3:根据试验数据,绘制每一个试验试件的时间-应力-声发射计数关系曲线;8.4.4:确定每一个试件的凯泽效应特征点以及其对应的垂直主应力,计算出水平最大主应力,最小主应力和最大主应力方向;8.5:地应力与埋深关系拟合方法,过程如下:8.5.1:以深度为横坐标,以应力值为纵坐标,绘制出垂直主应力、最大主应力和最小主应力与埋深h的散点图图;8.5.2:根据散点图规律,选择合适的拟合方程,拟合出垂直主应力、最大主应力和最小主应力与埋深h的关系曲线;8.5.3:根据拟合关系曲线,得到任意埋深位置的垂直主应力、最大主应力和最小主应力的值;9Mathews稳定图法的改进方法;10改进Mathews稳定图评价方法;11围岩稳定性动态分析方法,过程如下:11.1:根据矿房平面图和剖面图,利用CAD软件,建立多个连续矿房的三维模型;11.2:将三维模型导入到有限元分析软件中,赋予三维模型材料参数,包括岩体强度、密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角和容重;11.3:赋予三维模型边界条件和初始应力;11.4:开展矿房动态回采的数值模拟,过程如下:11.4.1:开展矿房未回采状态的数值模拟,得到初始应力场;11.4.2:开展矿房动态回采的数值模拟,得到矿房动态回采过程中,矿房及采空区的动态应力场;11.4.3:矿房的动态回采过程是指矿房自第一个矿房回采开始至所有矿房回采结束的连续过程,矿房每动态回采一次,得到一组动态矿房回采的数值模拟结果,所有矿房回采完成后,得到采空区的应力场;11.5:围岩稳定性的动态分析,过程如下:11.5.1:分析区域为矿房顶板、上下盘围岩和矿柱;11.5.2:岩体剪切破坏的判断准则选用以主应力形式表示的Mohr-Coulomb屈服准则,当fs>0时,岩体发生剪切破坏,公式如下: 式中:σ1、σ3分别为最大主应力和最小主应力;c为粘聚力;为摩擦角;11.5.3:岩体张拉破坏的判断准则,根据岩体所受拉应力σt与抗拉强度Rt之间的关系确定,当σt≥Rt时,F≥0,即认为岩体发生张拉破坏,公式如下:F=σt-Rt式中:σt为岩体所受拉应力;Rt为岩体抗拉强度;11.5.4:根据分析结果,得到每次矿房动态回采后,矿房顶板、上下盘围岩和矿柱的破坏模式;11.5.5:将每次矿房动态回采后得到的矿房顶板、上下盘围岩和矿柱的破坏模式汇总,得到围岩的稳定性动态分析结果;12空区稳定性动态评价方法。

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