(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 202210939482.1 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 中交第三 航务工程局有限公司 地址 200000 上海市徐汇区平江路139号 申请人 中南大学 (72)发明人 顾晓彬　赵晨阳　雷明锋　彭龙　 张运波　何玉珠　肖勇卓　王路　 贾朝军　吕俊　 (74)专利代理 机构 长沙七源专利代理事务所 (普通合伙) 43214 专利代理师 周晓艳　张勇 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于含水率的岩体的数值仿真模型参 数确定方法 (57)摘要 本发明公开一种基于含水率的岩体的数值 仿真模型参数确定方法， 包括： 节理裂隙仿真模 型的生成； 参数随含水率的变化关系式的获取； 对岩体的参数进行标定； 获取不同含 水率下的岩 体力学参数。 本发明方法在结合 室内岩石力学实 验确定岩石力学特征随含水率的变化规律的基 础上， 采用参数标定方法得到特定含 水率情况下 的岩体力学参数， 进一步基于岩石力学参数和岩 体力学参数的映射关系确定岩体力学参数的变 化关系式， 从而得到不同含水率情况下的岩体数 值仿真模型实现参数的计算， 能够高效且高精度 获得隧道的变形数据， 为隧道施工安全的数值仿 真分析提供指导。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 115221727 A 2022.10.21 CN 115221727 A 1.一种基于含水率的岩体的数值仿真模型参数确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 节理裂隙仿真模型的生成， 具体包括： 对隧道掌子面进行拍 照， 采用DeepLab v3+算法对 照片进行分析， 提取出节理裂隙的特征， 该特征包含长度、 数量和间距； 采用Monte ‑Carlo方 法重新生成与节理裂隙的特 征相吻合的节理裂隙仿真模型； 参数随含水率的变化关系式的获取， 具体包括： 采用室内实验方式确定岩石在不同含 水率状态下 的参数， 并通过拟合处理得到各参数随含水率的变化关系式； 参数包括弹性模 量、 粘聚力和内摩擦角； 对岩体的参数进行标定， 具体是： 结合现场所监测的变形数据， 采用参数标定方法确定 某一含水率状态下岩体力学参数； 获取不同含水率下的岩体力学参数， 具体是： 将所得岩体力学参数代入参数随含水率 的变化关系式 中得到不同含水率下的岩体力学参数。 2.根据权利要求1所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 节 理裂隙仿真模型 的生成中： 对隧道掌子面进行拍照， 具体拍摄5 ‑10张； 对同一地层状况下的5 ‑10个掌子面进行拍 照， 取隧道掌子面的节理裂隙分布特 征的平均值 为节理裂隙仿真模型的建模依据。 3.根据权利要求2所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 参数随含水率的变 化关系式的获取中： 岩石的含水率状态包括干燥、 20％、 40％、 6 0％、 80％和10 0％； 岩石中弹性模量、 粘聚力和内摩擦角分别随含水率的变化如下： 弹性模量随含水率变化如下式： E＝E0e‑Aw； 其中： E为某一含水率情况下的岩石的弹性模量， E0为岩石干燥状态下的弹性模量， w为 含水率， A为弹性模量 折减系数； 粘聚力随含水率的变化成线性关系变化如下： c＝k1w+c0； 其中： c是岩石在某一含水率状态 下的粘聚力， c0是岩石在干燥状态下的粘聚力， k1是对 应的岩石的粘聚力随含水率变化的系数； 内摩擦角随含水率的变化成线性关系变化如下： 其中： 是岩石在某一含水率状态下的内摩擦角， 是岩石在干燥状态下的内摩擦角， k2是对应的岩石的内摩擦角随含水率变化的系数。 4.根据权利要求3所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 对岩体的参数进行 标定中： 采用全站仪对隧道的变形数据进行跟踪量测， 该变形数据包括拱顶沉降和隧道的内轮 廓宽度； 参数标定成功 的判别标准为： 基于输入的岩体力学参数， 通过参数标定方法中数值仿 真模型计算得到的隧道的变形 数据与现场所监测的变形 数据相吻合。 5.根据权利要求4所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 参数标定过程中： 若计算得到的隧道的变形数据大于现场所监测的变形数据， 则增大岩体的力学参数进 行重权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221727 A 2新标定； 若计算得到的隧道的变形数据小于现场所监测的变形数据， 则减小岩体的力学参 数进行重新标定 。 6.根据权利要求5所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 隧道的变形随内摩 擦角和粘聚力的减小呈现线性增 加， 如下式： D＝B1c+d0， 其中： D为隧道变形， B1、 B2为常数， c和 分别代表粘聚力和内摩擦角， d0为粘聚力或内摩 擦角为0时的隧道变形； 隧道的变形随弹性模量的降低成反比例函数 形式增加如下式： 其中： D为隧道变形， C1、 C2为常数， x为弹性模量。 7.根据权利要求3所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 获取不同含水率下 的岩体力学参数中岩体中弹性模量、 粘聚力和内摩擦角分别随含水率的变化如下： 弹性模量随含水率变化如下式： Erm＝Erm0e‑Aw； 其中： Erm为某一含水率情况 下的岩体的弹性模量， Erm0为岩体干燥状态下的弹性模量； 粘聚力随含水率的变化成线性关系变化如下： crm＝k1w+crm0； 其中： crm是岩体在某一含水率状态下的粘聚力， crm0是岩体在干燥状态下的粘聚力； 内摩擦角随含水率的变化成线性关系变化如下： 其中： 是岩体在某一含水率状态下的内摩擦角， 是岩体在干燥状态下的内摩擦 角。 8.根据权利要求4所述的数值仿真模型参数确定方法， 其特征在于， 参数标定中允许计 算得到的隧道的变形 数据与现场所监测的变形 数据误差范围不超过5％。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221727 A 3