隧洞围岩石英含量快速获取方法及应用

技术领域

本公开涉及一种隧洞围岩石英含量快速获取方法及应用。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

TBM又称全断面隧道掘进机，能够实现掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，一般将应用于岩石地层的称为硬岩TBM，而岩石强度、硬度和耐磨性直接影响到TBM刀具的寿命和TBM掘进效率。岩石中的石英含量影响刀盘磨损的程度，是TBM施工中的重要参数。通过石英含量对刀盘磨损程度做出预测评估，对于保证TBM的刀具寿命和施工效率有着重要的意义。

据发明人了解，岩石中的石英含量目前主要采用矿物分析仪测量，这种方法价格昂贵，操作复杂，不易快速得到岩石中的石英含量。因此硬岩TBM掘进施工过程中，怎样快速测得岩石中的石英含量是目前需要解决的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种隧洞围岩石英含量快速获取方法及应用，本公开改善了现在测试围岩石英含量获取过程复杂，需要时间较长的问题。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种隧洞围岩石英含量快速获取方法，包括以下步骤：

对采集的每一块试样进行矿物分析，获得每一块试样中石英含量，测量每一块样本的点荷载强度、回弹硬度以及耐磨性指数；

将石英含量作为评价结果，试样的点荷载强度、回弹硬度以及耐磨性指数作为评价指标，通过计算评价指标对评判结果的粗糙集依赖度确定评价指标的指标权重；

建立综合评价模型，并对模型进行训练和验证，直到验证后的模型符合设定要求，利用验证后的模型计算岩石中石英的含量。

作为一种可选方案，随机采集TBM掘进的过程中挖出的岩块，并对各岩块进行单独编号，作为不同的试样。

作为一种可选方案，按标准对每一块试样进行矿物分析，获得每一块试样中石英含量(Q)并记录下来，按照规范的实验方法，测量每一块样本的点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)这三个参数；其中，对试样进行矿物分析以按照所使用的矿物分析仪的规范和功能为标准。点荷载强度依据国家标准《工程岩体试验方法》中规范要求的来测量，回弹硬度依据《关于确定岩石和岩体地贡指标的规范》要求的来测量，耐磨性指数(CAI)通过洛氏硬度为55的铁质探针尖端的磨损度获得，垂向加载应力为70N，刻画长度为1cm。

作为一种可选方案，在采用粗糙集理论确定岩石力学参数权重之前，对由点荷载强度、回弹硬度以及耐磨性指数三个评价指标构成的条件属性，以及决策属性石英含量进行离散化处理。

作为一种可选方案，采用粗糙集理论确定岩石力学参数权重时，构建决策表，以点荷载强度、回弹硬度以及耐磨性指数作为条件属性，石英含量作为决策属性，依照粗糙集的理论，判定决策属性对每一个条件属性的依赖度。

作为一种可选方案，将各试样的数据构成样本集，将样本集分成两部分，一部分做训练样本，用来建立评价模型；另一部分用来做检验样本，检验模型的准确性。

作为一种可选方案，构建模型的过程包括：基于确定的点荷载强度、回弹硬度以及耐磨性指数三个条件属性对于决策属性石英含量的权重，利用可拓学方法建立预测模型，进行决策评价。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种隧洞围岩石英含量快速获取方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种隧洞围岩石英含量快速获取方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开以TBM掘进隧洞时挖出的岩块作为试样，快速获取点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)三种岩石力学参数，然后建立基于粗糙集—可拓学方法的综合评价模型，可快速估算获取岩石的石英含量。整个评估过程方便，简单经济，解决了矿物分析仪测试围岩石英含量获取价格昂贵，操作复杂的难题。本公开通过快速估算获取的石英含量对TBM刀盘的磨损情况进行预测，从而合理的评价刀具的状态，对有效的指导TBM掘进施工，提高TBM施工效率具有重大意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本实施例的流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1所示，一种隧洞围岩石英含量快速获取方法，包括以下步骤：

(1)针对TBM掘进隧洞，按照规范取出一定数量的TBM掘进时挖出的岩块作为试样，并将每块试样单独编号(如S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,…)；

(2)按标准对每一块试样进行矿物分析，获得每一块试样中石英含量(Q)并记录下来。同时，按照规范的实验方法，测量每一块样本的点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)这三个参数。

(3)采用粗糙集理论确定岩石力学参数权重。石英含量(Q)作为评价结果，试样的点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)作为评价指标，通过计算评价指标对评判结果的粗糙集依赖度确定评价指标的重要性，即指标权重。

(4)利用粗糙集法和可拓学方法建立综合评价模型，将上述收集的数据构成样本集，并将样本集分成两部分，一部分做训练样本，用来建立评价模型；另一部分用来做检验样本，检验模型的准确性。

粗糙集-可拓学评价决策过程为：构建决策表，将评价指标作为条件属性，将评价结果作为决策属性；利用粗糙集理论计算点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)三个条件属性对于决策属性石英含量(Q)的权重；利用可拓学方法建立预测模型；进行决策评价。

(5)利用检验样本验证模型的准确性和实用性，如果满足工程设计要求，便可将工程中测得的三个评价指标带入建立的粗糙集—可拓学模型中，快速估算获得岩石中石英的含量。

在本实施例中，步骤(2)中，石英含量(Q)利用符合规范的矿物分析仪测定，得出标准的石英含量。

在本实施例中，步骤(2)中，针对三个岩石力学参数，点荷载强度(PI)由符合规范的点荷载试验仪测定；回弹硬度(SHR)由符合规范的N型施密特回弹仪测定；耐磨性指数(CAI)通过洛氏硬度为55的铁质探针尖端的磨损度获得，垂向加载应力为70N，刻画长度为1cm。其中点荷载强度依据国家标准《工程岩体试验方法》中规范要求的来测量，回弹硬度依据《关于确定岩石和岩体地贡指标的规范》要求的来测量。

当然，其他实施例中可以替换为其他装置或测量参数。

在本实施例中，步骤(3)中，建立决策表时，需要对由点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)三个评价指标构成的条件属性，以及决策属性石英含量(Q)按照标准进行离散化处理。其中，离散化处理是将指标的实测数据分成不同的等级，然后用数据所在的级别来表示数据。离散化处理标准按照指标范围将指标均匀分为5级。

在本实施例中，步骤(3)中，为了获得指标权重，需要建立决策表，其中，3个评价指标即点荷载强度(PI)、回弹硬度(SHR)以及耐磨性指数(CAI)作为条件属性，石英含量(Q)作为决策属性，依照粗糙集的理论，来判定决策属性对每一个条件属性的依赖度，从而获得权重。

在本实施例中，步骤(3)中，若决策表S＝(U，A)为一信息系统，且C，D包含于A是两个属性子集，分别称为条件属性和决策属性。若U/C＝{x₁,x₂,…,x_n}，U/D＝{Y₁，Y₂,…Y_m}，则决策属性D对于条件属性C的依赖度定义为：K＝γCD定义为：

显然0＜k＜1，k越接近1，说明决策属性D对条件属性C的依赖程度越高。

在本实施例中，步骤(3)中，粗糙集理论确定权重计算方法为：

其中γ_C(D)，γ_c-ci(D)分别为决策属性D对条件属性C的依赖度和删除评价指标i后决策属性对条件属性c-c_i的依赖度，|U|为样本容量，|γ_C(D₁)|，分别为决策表中的相容样本数量和删除评价指标i后决策表中的样本容量，ω_i为指标权重。

相应的，还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种隧洞围岩石英含量快速获取方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种隧洞围岩石英含量快速获取方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。