(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013039.8 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 刘洪亮　范宏运　姜新波　郭永建　 杨光宇　屠文锋　周申　刘洋　 邹浩　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 李琳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法 及系统 (57)摘要 本发明提供一种隧道围岩稳定性非连续变 形分析方法及系统， 发射地震波信号在断层等非 连续结构面处产生发射现象， 依据反射信号分析 岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数； 根 据分析需求， 构建三维非连续数值计算模型， 依 据得到的几何参数， 在计算模型中添加岩体结构 面； 模拟隧道 开挖完成后的围岩块体变形以及运 动过程， 并实时监测每个块体的竖向位移， 将竖 向位移大于设定值的划分为垮塌块体， 否则为安 全块体； 基于模拟结果， 预测分析隧道掌子面前 方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。 本发明 融合地震波探测数据， 可实现隧道掌子面前方围 岩块体垮塌灾害预测分析。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115310184 A 2022.11.08 CN 115310184 A 1.一种隧道围岩稳定性非连续变形分析 方法， 其特 征是， 包括以下步骤： 发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象， 依据反射信号分析岩体结构 面几何参数及岩石的物理力学参数； 根据分析需求， 构建三维非连续数值计算模型， 依据 得到的几何参数， 在计算模型中添 加岩体结构面； 模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程， 并实时监测每个块体的竖向位 移， 将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体， 否则为 安全块体； 基于模拟结果， 预测分析隧道掌子面前 方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。 2.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法， 其特征是， 所述几何 参数包括岩体结构面 倾向和倾角。 3.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法， 其特征是， 构建三维 非连续数值计算模 型时， 根据需求， 确定模 型的尺寸、 固定点、 加载点、 监测点、 节理参数、 孔 洞参数和地应力。 4.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法， 其特征是， 模拟隧道 开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括， 记录每个块体初始位置信息， 对各块体施加地应力， 利用三维 非连续变形分析 方法， 分析每 个块体的位移。 5.如权利要求1所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方法， 其特征是， 记录每个 竖向位移大于设定值的块体的编号。 6.一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统， 其特 征是， 包括： 地震波预报系统， 用于发射地震波信号在 断层等非连续结构面处产生发射现象， 依据 反射信号分析岩体结构面几何参数及岩石的物理力学参数； 模型构建模块， 被配置为根据分析需求， 构建三维非连续数值计算模型， 依据 得到的几 何参数， 在计算模型中添加岩体结构面； 运动模拟模块， 被配置为模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程， 并实时 监测每个块体的竖向位移， 将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体， 否则为 安全块体； 预测分析模块， 被配置为基于模拟结果， 预测分析隧道掌子面前方围岩出现块体垮塌 灾害的高风险区域。 7.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统， 其特征是， 所述地震 波预报系统的几何参数包括岩体结构面 倾向和倾角。 8.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统， 其特征是， 所述模型 构建模块， 被配置为构建三 维非连续数值计算模 型时， 根据需求， 确定模 型的尺寸、 固定点、 加载点、 监测点、 节理参数、 孔洞参数和地应力。 9.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统， 其特征是， 所述运动 模拟模块， 被配置为模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具体过程包括， 记录每个块体初始 位置信息， 对 各块体施加地应力， 利用三 维非连续变形分析方法， 分析每 个块体的位移。 10.如权利要求6所述的一种隧道围岩稳定性非连续变形分析系统， 其特征是， 所述运 动模拟模块， 被 配置为记录每 个竖向位移大于设定值的块体的编号。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115310184 A 2一种隧道围岩稳定性非连续变形分析方 法及系统 技术领域 [0001]本发明属于隧道围岩 稳定性分析技术领域， 涉及 一种隧道围岩 稳定性非连续变形 分析方法及系统。 背景技术 [0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息， 不必然构成在先技 术。 [0003]隧道施工过程中经常遭遇断层、 节理等非连续地质体， 极易诱发隧道围岩块体垮 塌灾害。 隧道围岩块体垮塌灾害 具有强结构性特征， 块体稳定性受结构面作用显著， 现有研 究多通过数值仿真模拟对岩 体稳定性进行分析， 而准确的岩 体结构面信息对于围岩块体垮 塌模拟则显得尤为重要。 因此， 亟待开展融合地震波探测数据的隧道围岩稳定性非连续变 形分析方法研究， 为隧道围岩块体垮塌灾害防控提供依据。 [0004]现阶段， 针对 围岩块体稳定性分析的数值计算方法以块体离散元方法(B ‑DEM)为 主， 该方法采用显示积分求解， 相比采用隐式积分求解的三维非连续变形分析方法在仿真 模拟准确度方面存在较明显的劣势， 难以真实反映块体与块体之间的接触情况及变形位 移。 此外， 现有的围岩块体垮塌数值模拟中， 岩 体结构面数据多采用数字摄像等手段获取岩 体表面的结构面信息， 难以有效获取隧道掌子面前方围岩岩体结构面数据， 导致数值模拟 结果与实际存在偏差 。 发明内容 [0005]本发明为了解决上述问题， 提出了一种隧道围岩 稳定性非连续变形分析方法及系 统， 本发明 融合地震波探测数据， 可实现隧道掌子面前 方围岩块体垮塌灾害预测分析。 [0006]根据一些实施例， 本发明采用如下技 术方案： [0007]一种隧道围岩稳定性非连续变形分析 方法， 包括以下步骤： [0008]发射地震波信号在断层等非连续结构面处产生发射现象， 依据反射信号分析岩体 结构面几何参数及岩石的物理力学参数； [0009]根据分析需求， 构建三维非连续数值计算模型， 依据得到的几何参数， 在计算模型 中添加岩体结构面； [0010]模拟隧道开挖 完成后的围岩块体变形以及 运动过程， 并实时监测每个块体的竖向 位移， 将竖向位移大于设定值的划分为垮塌块体， 否则为 安全块体； [0011]基于模拟结果， 预测分析隧道掌子面前 方围岩出现块体垮塌灾害的高风险区域。 [0012]作为可选择的实施方式， 所述几何参数包括岩体结构面 倾向和倾角。 [0013]作为可选择的实施方式， 构建三维非连续数值计算模型时， 根据需求， 确定模型的 尺寸、 固定点、 加载点、 监测点、 节理参数、 孔洞参数和地应力。 [0014]作为可选择的实施方式， 模拟隧道开挖完成后的围岩块体变形以及运动过程的具 体过程包括， 记录每个块体初始 位置信息， 对各块体施加地应力， 利用三 维非连续变形分析说　明　书 1/4 页 3 CN 115310184 A 3