一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法及系统，所述方法包括：根据工程前期阶段的勘察和设计成果创建工程关注范围内三维块体初始模型；根据当前开挖轮廓形态和当前开挖面的地质露头编录信息更新三维块体初始模型中的结构轮廓和地质信息，得到与当前开挖条件充分接近的数字孪生模型；在开挖过程中实时动态更新数字孪生模型；基于更新后的数字孪生模型和所选择的块体稳定性计算方法进行当前开挖面一带的各个围岩块体稳定性诊断。本发明专利技术在数字孪生模型的基础上通过多种专业数字化技术实现开挖面块体稳定性的快速诊断，从大量块体中甄别出其中的不稳定块体，有效地预测开挖面一带不稳定块体的位置。有效地预测开挖面一带不稳定块体的位置。有效地预测开挖面一带不稳定块体的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法及系统


[0001]本专利技术属于基础建设和资源开采领域，具体涉及一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]在过去几十年中，基础建设（包括水利水电、交通、住建等）一直是我国经济高速发展的引擎之一。基础设施和资源开采（油气、矿山等）建设过程的重要内容之一是岩体开挖，块体失稳是其中最常见的地质灾害，直接威胁着现场施工人员和设备的安全，并因此可以严重影响工程进度和投资。
[0003]在水电行业，我国几乎每座大型水电站建设都会组织科研人员驻场工作，其中的任务之一是岩体工程开挖过程地质风险的动态评价和工程措施的动态优化，但是，鉴于潜在不稳定块体分布位置的随机性，迄今为止的工程实践中还不能在开挖过程甄别开挖面一带不稳定块体的位置，使得块体失稳及其引起的安全风险成为长期以来一直困扰工程建设的痛点问题。正是因为块体失稳风险的不可预知性和潜在的严重影响，为确保施工安全，需要能够实现块体失稳风险的预测，以解决施工安全和进度之间的矛盾。
[0004]公开号为CN113947000A的专利技术专利公开了一种地下洞室围岩复杂块体建模与稳定分析一体化方法，并公开了进行复杂地下洞室围岩块体的几何建模和属性赋值，通过有限元建模进行力学计算，并在此基础上进行围岩块体的稳定分析，但是该几何建模和有限元建模仅能进行基于特定属性进行力学分析，不能全面、及时反映围岩在不同施工阶段的整体状态，会降低稳定性分析的可靠性。
[0005]因此，需要一种新的地下工程施工期围岩块体的稳定性分析方法，以有效地预测开挖面一带潜在不稳定块体的位置。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法及系统，用于解决现有技术无法有效地预测开挖面一带不稳定块体的位置的问题。
[0007]本专利技术第一方面，公开一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法，所述方法包括：根据工程前期阶段的勘察和设计成果创建工程关注范围内三维块体初始模型；根据当前开挖轮廓形态更新三维块体初始模型中的结构轮廓和开挖范围，采用当前开挖面获得的地质露头信息更新三维块体初始模型中的地质信息，形成与现场条件充分接近的数字孪生模型；在开挖过程中根据实际开挖后的轮廓形态、开挖面的地质露头信息不断更新数字孪生模型中的结构轮廓和地质信息，实现数字孪生模型的实时动态更新；采集当前开挖面一带的地质露头的原始数据并按块体稳定分析的要求进行预处理；
基于当前开挖面预处理后的数据和数字孪生模型，采用块体稳定性计算方法进行块体稳定计算，甄别和显示其中的不稳定块体，完成指定开挖条件下的围岩块体稳定性智能诊断。
[0008]在以上技术方案的基础上，优选的，所述采集当前开挖面一带的地质露头的原始数据并按块体稳定分析的要求进行预处理具体包括：按块体稳定分析的要求收集开挖面、能够彼此交切形成块体的非连续地质面露头线和露头面，并存储到数据库中；按块体稳定分析要求对采集的原始数据进行预处理，预处理内容包括不同记录中同一露头数据的统一代号和分类、节理分组、露头之间截断关系的确定、相邻平行线条的取舍。
[0009]在以上技术方案的基础上，优选的，所述基于当前开挖面预处理后的数据，采用块体稳定性计算方法进行块体稳定计算之前还包括：根据所选择的块体稳定性计算方法对数据输入格式的要求，将预处理后的数据转换成相应格式的输入数据，并更新事先编制好的输入数据文件；所述事先编制好的输入数据文件包括3DEC和KBT 命令流文件。在以上技术方案的基础上，优选的，所述块体稳定性计算方法包括基于离散元和关键块体理论的非连续力学计算方法、以及采用这些方法编制的软件，包括3DEC和KBT。
[0010]在以上技术方案的基础上，优选的，所述围岩块体稳定诊断包括刚体计算和变形体计算两种形式；刚体计算指忽略块体变形，只进行块体稳定分析；变形体计算指考虑块体变形，同时进行围岩变形和块体稳定分析；两种形式的计算结果都包括块体的体积和稳定状态，还包括节点荷载、位移及速度。
[0011]在以上技术方案的基础上，优选的，所述方法还包括：根据现场监测数据采集情况、结合实际需要决定是否复核和修正所述块体稳定性计算方法的计算参数，完成指定开挖条件下的围岩块体稳定性诊断。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，所述方法还包括：根据围岩块体稳定性诊断结果对潜在不稳定区域的分布和发生条件进行评价分级，从围岩大量块体中甄别出潜在不稳定块体；针对潜在不稳定块体建立三维数值计算模型，对未开挖部位块体重新进行围岩块体稳定性诊断，并针对失稳风险程度进行评价分级。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，所述方法还包括：根据支护结构与岩体介质的相互作用机理，模拟围岩与锚固系统的协调性，根据围岩变形和块体稳定条件优化围岩支护参数，进行各支护工况下的洞室及围岩稳定分析与支护设计。
[0014]在以上技术方案的基础上，优选的，所述方法还包括：通过三维图形显示围岩块体稳定性诊断结果，展示内容包括不稳定和潜在不稳定块体空间位置、体积、失稳方式和块体边界的地质组成.本专利技术第二方面，公开一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断系统，所述
系统包括：初始化模块：用于根据工程前期阶段的勘察和设计成果创建工程关注范围内三维块体初始模型；数字孪生模块：用于根据当前开挖轮廓形态更新三维块体初始模型中的结构轮廓和开挖范围，采用当前开挖面获得的地质露头信息更新三维块体初始模型中的地质信息，形成与现场条件充分接近的数字孪生模型；模型更新模块：用于在开挖过程中根据实际开挖后的轮廓形态、开挖面的地质露头信息不断更新数字孪生模型中的结构轮廓和地质信息，实现数字孪生模型的实时动态更新；数据处理模块：用于采集当前开挖面一带的地质露头的原始数据并按块体稳定分析的要求进行预处理；稳定性诊断模块：用于基于当前开挖面预处理后的数据和数字孪生模型，采用块体稳定性计算方法进行块体稳定计算，甄别和显示其中的不稳定块体，完成指定开挖条件下的围岩块体稳定性智能诊断。
[0015]本专利技术相对于现有技术具有以下有益效果：1）本专利技术综合了工程前期阶段相关专业成果和信息建立三维块体初始模型，根据工程施工阶段的实际开挖轮廓形态和地质露头编录信息更新三维块体初始模型，得到与当前开挖条件充分接近的岩体工程数字孪生模型，在数字孪生模型的基础上通过多种专业数字化技术实现开挖面地质信息的快速采集、数字孪生模型更新、以及块体稳定性的快速诊断，有效地预测开挖面一带不稳定块体的位置。
[0016]2）本专利技术稳定计算时支持忽略和考虑块体变形的不同假设，其中忽略块体变形的刚体假设用于快速获得初步诊断结果，变形体计算满足深化分析的要求，两种计算形式都预设块体失稳风险等级标准，从而通过软件实现块体稳定状态的智能诊断和所需结果的输出。
[0017]3）本专利技术在当前开挖面的块体稳定性诊断结果的基础上，在地下工程施工过程中实现下一开挖步骤的围岩地质风险预判，针对风险部位通过事先优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法，其特征在于，所述方法包括：根据工程前期阶段的勘察和设计成果创建工程关注范围内三维块体初始模型；根据当前开挖轮廓形态更新三维块体初始模型中的结构轮廓和开挖范围，采用当前开挖面获得的地质露头信息更新三维块体初始模型中的地质信息，形成与现场条件充分接近的数字孪生模型；在开挖过程中根据实际开挖后的轮廓形态、开挖面的地质露头信息不断更新数字孪生模型中的结构轮廓和地质信息，实现数字孪生模型的实时动态更新；采集当前开挖面一带的地质露头的原始数据并按块体稳定分析的要求进行预处理；基于当前开挖面预处理后的数据和数字孪生模型，采用块体稳定性计算方法进行块体稳定计算，甄别和显示其中的不稳定块体，完成指定开挖条件下的围岩块体稳定性智能诊断。2.根据权利要求1所述的地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法，其特征在于，所述采集当前开挖面一带的地质露头的原始数据并按块体稳定分析的要求进行预处理具体包括：按块体稳定分析的要求收集开挖面、能够彼此交切形成块体的非连续地质面露头线和露头面，并存储到数据库中；按块体稳定分析要求对采集的原始数据进行预处理，预处理内容包括不同记录中同一露头数据的统一代号和分类、节理分组、露头之间截断关系的确定、相邻平行线条的取舍。3.根据权利要求1所述的地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法，其特征在于，所述基于当前开挖面预处理后的数据，采用块体稳定性计算方法进行块体稳定计算之前还包括：根据所选择的块体稳定性计算方法对数据输入格式的要求，将预处理后的数据转换成相应格式的输入数据，并更新事先编制好的输入数据文件；所述事先编制好的输入数据文件包括3DEC和KBT命令流文件。4.根据权利要求1所述的地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法，其特征在于，所述块体稳定性计算方法包括基于离散元和关键块体理论的非连续力学计算方法、以及采用这些方法编制的软件，包括3DEC和KBT。5.根据权利要求4所述的地下工程施工期围岩块体稳定性智能诊断方法，其特征在于，所述围岩块体稳定诊断包括刚体计算和变形体计算两种形式；刚体计算是指忽略块体变形，只进行块体稳定分析；变形体计算是指考虑块体变形，同时进行围岩变形和块体稳定分析；两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱焕春，谢焕忠，朱攀，胡娇，李杨，付娟，霍莎莎，郭福钟，包顺，
申请(专利权)人：加华地学武汉数字技术有限公司，
类型：发明
国别省市：