本申請涉及巖土工程，尤其涉及一種基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地下工程涵蓋了隧道工程、采礦工程及邊坡工程等諸多工程活動，工程中圍巖及邊坡的穩(wěn)定性是影響工程安全施工質(zhì)量的重要因素，柔性噴涂材料是一種解決圍巖表面開裂變形問題的有效支護方式，尤其是在破碎帶嚴重的地質(zhì)條件中。

2、由于工程現(xiàn)場圍巖支護工程邊界條件不明確、工程量大及邊界不明確的特殊性，因此通常利用室內(nèi)實驗對支護工程的效應(yīng)進行評估。室內(nèi)實驗雖然是一種有效解決邊界問題的試驗方法，然而現(xiàn)有技術(shù)中室內(nèi)實驗大多僅是圍繞著材料本身的性能開展，包括進行粘性測試和柔性測試等，這樣難以還原工程現(xiàn)場邊界條件和應(yīng)力，使得實驗邊界條件不貼合實際，導(dǎo)致無法保證評估結(jié)果的準確性。

3、因此，提供一種特定邊界條件下對圍巖的柔性噴涂材料的支護效應(yīng)進行準確評估的技術(shù)方案，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是針對以上問題，提供一種基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法。具體技術(shù)方案如下：

2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，所述方法包括：

3、將符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖裝配至預(yù)制的工藝裝備中，其中，所述實驗圍巖表面噴涂有柔性支護材料；

4、基于所述工藝裝備的支護機構(gòu)，分別對所述實驗圍巖實施多種條件的支護；

5、在每種條件的支護下，利用伺服控制系統(tǒng)對所述實驗圍巖施加模擬應(yīng)力，以使所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)發(fā)生相應(yīng)地形變和位移；

6、利用伺服控制系統(tǒng)及安裝在所述支護機構(gòu)中的傳感器，獲取所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)發(fā)生形變和位移的目標數(shù)據(jù)；

7、根據(jù)所述目標數(shù)據(jù)計算所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)的多個指標數(shù)據(jù)，以對所述實驗圍巖進行增益評估。

8、優(yōu)選地，所述將符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖裝配至預(yù)制的工藝裝備中，包括：

9、對圍巖所屬施工區(qū)域的碎散巖體進行級配測試，得到碎散巖體的分布信息；

10、根據(jù)所述碎散巖體的分布信息，制作符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖，其中，所述實驗圍巖為球體；

11、將符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖裝配至預(yù)制的工藝裝備中。

12、優(yōu)選地，所述基于所述工藝裝備的支護機構(gòu)，分別對所述實驗圍巖實施多種條件的支護，包括：

13、基于所述工藝裝備的支護機構(gòu)，對所述實驗圍巖實施柔性支護材料的支護；

14、基于所述工藝裝備的錨桿支護機構(gòu)，對所述實驗圍巖實施柔性支護材料及錨桿的協(xié)同支護；

15、基于所述工藝裝備的鋼筋網(wǎng)片支護機構(gòu)，對未噴涂柔性支護材料的實驗圍巖實施鋼筋網(wǎng)片的支護；

16、基于所述工藝裝備的錨桿支護機構(gòu)及鋼筋網(wǎng)片支護機構(gòu)，對所述實驗圍巖實施多種厚度的柔性支護材料、錨桿及鋼筋網(wǎng)片的協(xié)同支護。

17、優(yōu)選地，所述在每種條件的支護下，利用伺服控制系統(tǒng)對所述實驗圍巖施加模擬應(yīng)力，包括：

18、在每種條件的支護下，利用伺服控制系統(tǒng)對所述實驗圍巖的上表面施加模擬地應(yīng)力，所述地應(yīng)力為法向力。

19、優(yōu)選地，所述利用伺服控制系統(tǒng)及安裝在所述支護機構(gòu)中的傳感器，獲取所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)發(fā)生形變和位移的目標數(shù)據(jù)，包括：

20、利用伺服控制系統(tǒng)的法向傳感系統(tǒng)，檢測并獲取所述實驗圍巖的法向力和位移變化量；

21、利用安裝在錨桿支護機構(gòu)端部的軸向微型傳感器及安裝在支護機構(gòu)頂部的測位計，檢測并獲取錨桿支護機構(gòu)的軸向力和位移量。

22、優(yōu)選地，所述根據(jù)所述目標數(shù)據(jù)計算所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)的多個指標數(shù)據(jù)，以對所述實驗圍巖進行增益評估，包括：

23、根據(jù)所述實驗圍巖的法向力和位移變化量，計算所述實驗圍巖的絕對吸能指標；

24、根據(jù)錨桿支護機構(gòu)多個監(jiān)測點的軸向力和位移量，計算所述錨桿支護機構(gòu)的材料抗性指標；

25、根據(jù)不同條件支護下的絕對吸能指標及材料抗性指標，計算材料協(xié)同增益系數(shù)指標；

26、根據(jù)所述錨桿支護機構(gòu)的軸向力及最大軸向力，計算所述錨桿支護機構(gòu)的利用系數(shù)指標；

27、根據(jù)所述錨桿支護機構(gòu)多個監(jiān)測點的位移量，計算所述錨桿支護機構(gòu)的支護均勻性指標；

28、分析所述實驗圍巖的形變數(shù)據(jù)，得到所述實驗圍巖的容許變形性指標。

29、優(yōu)選地，所述根據(jù)所述實驗圍巖的法向力和位移變化量，計算所述實驗圍巖的絕對吸能指標，包括利用如下公式計算絕對吸能指標：

30、

31、其中，einput表示所述絕對吸能指標，l表示所述位移變化量，fn表示所述法向力。

32、優(yōu)選地，所述根據(jù)錨桿支護機構(gòu)多個監(jiān)測點的軸向力和位移量，計算所述錨桿支護機構(gòu)的材料抗性指標，包括利用如下公式計算材料抗性指標：

33、

34、其中，eoutput表示所述材料抗性指標，n表示監(jiān)測點的數(shù)量，s表示所述位移量，fa.i表示第i個監(jiān)測點的軸向力。

35、優(yōu)選地，所述對所述實驗圍巖進行增益評估，包括：

36、為每個所述指標數(shù)據(jù)分配預(yù)設(shè)權(quán)重；

37、根據(jù)所述預(yù)設(shè)權(quán)重及每個所述指標數(shù)據(jù)，進行加權(quán)操作得到所述實驗圍巖的綜合評估指標。

38、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N基于柔性支護材料的圍巖增益評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于執(zhí)行上述基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法。

39、本申請?zhí)峁┑纳鲜黾夹g(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

40、通過將符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖裝配至預(yù)制的工藝裝備中，其中，實驗圍巖表面噴涂有柔性支護材料，根據(jù)工藝裝備的支護機構(gòu)，分別對實驗圍巖實施多種條件的支護，在每種條件的支護下，利用伺服控制系統(tǒng)對實驗圍巖施加模擬應(yīng)力，以使實驗圍巖及支護機構(gòu)發(fā)生相應(yīng)地形變和位移，實現(xiàn)了工程現(xiàn)場邊界條件和應(yīng)力的有效還原，利用伺服控制系統(tǒng)及安裝在支護機構(gòu)中的傳感器，獲取實驗圍巖及支護機構(gòu)發(fā)生形變和位移的目標數(shù)據(jù)，根據(jù)目標數(shù)據(jù)計算實驗圍巖及支護機構(gòu)的多個指標數(shù)據(jù)，以對實驗圍巖進行增益評估，從而實現(xiàn)對實驗圍巖中噴涂的柔性支護材料的支護效應(yīng)進行準確評估。

技術(shù)特征：

1.一種基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述將符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖裝配至預(yù)制的工藝裝備中，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述基于所述工藝裝備的支護機構(gòu)，分別對所述實驗圍巖實施多種條件的支護，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述在每種條件的支護下，利用伺服控制系統(tǒng)對所述實驗圍巖施加模擬應(yīng)力，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述利用伺服控制系統(tǒng)及安裝在所述支護機構(gòu)中的傳感器，獲取所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)發(fā)生形變和位移的目標數(shù)據(jù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述根據(jù)所述目標數(shù)據(jù)計算所述實驗圍巖及所述支護機構(gòu)的多個指標數(shù)據(jù)，以對所述實驗圍巖進行增益評估，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述根據(jù)所述實驗圍巖的法向力和位移變化量，計算所述實驗圍巖的絕對吸能指標，包括利用如下公式計算絕對吸能指標：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述根據(jù)錨桿支護機構(gòu)多個監(jiān)測點的軸向力和位移量，計算所述錨桿支護機構(gòu)的材料抗性指標，包括利用如下公式計算材料抗性指標：

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，其特征在于，所述對所述實驗圍巖進行增益評估，包括：

10.一種基于柔性支護材料的圍巖增益評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至9中任一項所述的基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種基于柔性支護材料的圍巖增益評估方法，該方法包括：將符合預(yù)定實驗條件的實驗圍巖裝配至預(yù)制的工藝裝備中，其中，實驗圍巖表面噴涂有柔性支護材料，基于工藝裝備的支護機構(gòu)，分別對實驗圍巖實施多種條件的支護，在每種條件的支護下，利用伺服控制系統(tǒng)對實驗圍巖施加模擬應(yīng)力，以使實驗圍巖及支護機構(gòu)發(fā)生相應(yīng)地形變和位移，利用伺服控制系統(tǒng)及安裝在支護機構(gòu)中的傳感器，獲取實驗圍巖及支護機構(gòu)發(fā)生形變和位移的目標數(shù)據(jù)，根據(jù)目標數(shù)據(jù)計算實驗圍巖及支護機構(gòu)的多個指標數(shù)據(jù)，以對實驗圍巖進行增益評估。本申請可以對實驗圍巖中噴涂的柔性支護材料的支護效應(yīng)進行準確評估。

技術(shù)研發(fā)人員：楊軍,郝清碩,何肖輝,董美強,李喆,邊文輝,王科學,翟兆璽,孫志成,吳宇飛,楊義豪
受保護的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24