岩体完整性系数计算方法、系统、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及隧道勘探技术领域，尤其涉及一种岩体完整性系数计算方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

在铁隧道勘察过程中，为了查明隧道洞身范围内的岩性界限、构造及其它不良地质情况，以及评价隧道洞身岩体的完整性，常采用物探方法进行探测；目前用于隧道物探勘察的方法主要为地震类方法和电磁类方法，其中地震类方法主要获取岩体的波速参数，电磁类主要获取岩体的电阻率参数。采用波速参数进行岩体分级或岩体完整性评价已经取得了很多富有成效的研究成果，并已经纳入相关勘察设计规范。目前采用电阻率参数进行岩体分级或岩体完整性评价正处于研究阶段，在实用阶段仍存在诸多问题。中铁四院化希瑞等采用大地电磁电阻率进行了深埋隧道岩体完整性的研究（发明专利CN 102495430 B），利用隧道埋深标高附近20米的多点的加权平均值得到岩体真电阻率，并通过露头小四极方法获取岩石电阻率和岩体中软弱介质电阻率，进而岩体完整性系数。中国铁设许广春等研究一种基于大地电磁测深电阻率判定隧岩体等级的方法（申请号CN110968840A），采用多次正态分布后，使电阻率区间相对集中，然后建立隧道岩体等级与电阻率区间的对应关系。以上两种具有代表性的采用电阻率进行岩体完整性评价的方法在使用是仍存在很多局限性：一是其计算的岩体完整性系数仅选用隧道洞身附近的电阻率数据，容易忽略洞身以外电阻率信息，缺乏岩体评价的全局性；二是采用的计算公式参数多、获取参数难度大、而且计算过程容易出现极值；三是电阻率剖面数值量级差别比较大，不利于分类、聚类分析。

因此，本申请提出一种岩体完整性系数计算方法，解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种岩体完整性系数计算方法、系统电子设备及存储介质，在进行标准化处理后，进行数值转换，使转化后的数值分布在[0,1]范围内，在形成电阻率计算完整性系数计算公式时，既能兼顾全局电阻率数据，又化简了数据处理的难度。

为了实现上述目的，本发明的一种岩体完整性系数计算方法，包括以下步骤：

S1、获取隧道剖面内的全部电阻率数据

S2、将标准化函数按照先平移再缩放的形式进行变换，使得变换后的函数最大值 是最小值的10倍，对首次标准化处理后的电阻率数据，进行再次标准化处理，再次标准化函 数记为

S3、将再次标准化函数

进一步优选的，在S1中，所述首次标准化处理过程为在全部电阻率数据中去除极值和异常值后，采用Z-score标准化方法进行标准化处理。

进一步优选的，所述再次变换后的标准化函数

其中，

进一步优选的，在S3中，将函数

其中，

进一步优选的，在S3中，所述调整系数

进一步优选的，最终的岩体完整性系数采用如下公式表示

进一步优选的，还包括S4、利用岩体完整性系数

当岩体完整性系数>0.75时，岩体等级属于Ⅰ级；

当0.60＜岩体完整性系数≤0.75时，岩体等级属于Ⅱ级；

当0.40＜岩体完整性系数≤0.60时，岩体等级属于Ⅲ级；

当0.20＜岩体完整性系数≤0.40时，岩体等级属于Ⅳ级；

当岩体完整性系数≤0.20时，岩体等级属于Ⅴ级。

本发明还提供一种岩体完整性系数计算系统，用于实施上述述的岩体完整性系数计算方法，包括：

数据获取模块，用于获取隧道剖面内的全部电阻率数据，并按照标准化函数进行首次标准化处理；

数据处理模块，用于将标准化函数按照先平移再缩放的形式进行变换，使得变换 后的函数最大值是最小值的10倍，对首次标准化处理后的电阻率数据，进行再次标准化处 理，变换后的标准化函数记为

数据拟合模块，用于根据既有的电阻率剖面数据和开挖揭示的岩体分级数据，对岩体完整性系数进行拟合修正，确定完整性剖面的调整系数，并对初始岩体完整性系数初始值进行调整得到最终的岩体完整性系数。

本发明还提供一种电子设备，包括：存储器和处理器； 所述存储器，用于至少存储一组指令集；所述处理器，用于调用并执行所述存储器中的所述指令集，通过执行所述指令集执行如上述的岩体完整性系数计算方法。

本发明还提供一种存储介质，存储有如上述的岩体完整性系数计算方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，实现如上述的岩体完整性系数计算方法。

本申请公开的一种岩体完整性系数计算方法，相比于现有技术，具有如下优点：

本申请在获取电阻率时，采用的是隧道剖面内的全部电阻率数据，对评价岩体的全局性，进行有力的数据支撑，由于数据离散程度大，并且存在极端值的特性，另一方面在标准化化处理时，采用的是两次标准化处理过程，第一次标准化处理调整了数据的范围，在第二次标准化处理时，使变换后的数据关系能适用于对数关系，至此实现了能够将全局电阻率数据，利用符合的对数关系进行转换，既能兼顾全局电阻率数据，又化简了数据解译的难度，既有利于聚类分析又减少了计算过程。

附图说明

图1为本发明一种岩体完整性系数计算方法的流程图；

图2为本申请获取的隧道剖面内的全部电阻率数据示意图；

图3为本申请首次标准化的电阻率数值分布特征；

图4为本申请中再次标准化函数

图5为本申请中

图6为本发明中某隧道完整性系数剖面示意图；

图7为本发明中某隧道岩体等级剖面图。

具体实施方式

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一方面实施例提供的一种岩体完整性系数计算方法，包括以下步骤：

S1、获取隧道剖面内的全部电阻率数据

S2、将标准化函数按照先平移再缩放的形式进行变换，使得变换后的函数最大值 是最小值的10倍，对首次标准化处理后的电阻率数据，进行再次标准化处理，再次标准化函 数记为

S3、将再次标准化函数

如图2和图3所示，由于数据离散程度大，并且存在极端值的特性，在S1中，所述首 次标准化处理过程为在全部电阻率数据中去除极值和异常值后，采用Z-score标准化方法 进行标准化处理。假设电阻率为变量

式中

此种处理方式会让数据呈现出一种特征，即数据的平均值一定为0，标准差一定是 1。将

将

此处最大值最小值为10倍关系即可，为便于后续计算，使

推导得出

式中：

如图4所示，转换后的函数值与完整性系数的分布规律大致符合对数关系。

将函数

其中，

在S3中，所述调整系数

最终的岩体完整性系数采用如下公式表示

如图6和图7所示，还包括S4、利用岩体完整性系数

当岩体完整性系数>0.75时，岩体等级属于Ⅰ级；

当0.60＜岩体完整性系数≤0.75时，岩体等级属于Ⅱ级；

当0.40＜岩体完整性系数≤0.60时，岩体等级属于Ⅲ级；

当0.20＜岩体完整性系数≤0.40时，岩体等级属于Ⅳ级；

当岩体完整性系数≤0.20时，岩体等级属于Ⅴ级。

本发明还提供一种岩体完整性系数计算系统，用于实施上述述的岩体完整性系数计算方法，包括：

数据获取模块，用于获取隧道剖面内的全部电阻率数据，并按照标准化函数进行首次标准化处理；

数据处理模块，用于将标准化函数按照先平移再缩放的形式进行变换，使得变换 后的函数最大值是最小值的10倍，对首次标准化处理后的电阻率数据，进行再次标准化处 理，变换后的标准化函数记为

数据拟合模块，用于根据既有的电阻率剖面数据和开挖揭示的岩体分级数据，对岩体完整性系数进行拟合修正，确定完整性剖面的调整系数，并对初始岩体完整性系数初始值进行调整得到最终的岩体完整性系数。

本发明还提供一种电子设备，包括：存储器和处理器； 所述存储器，用于至少存储一组指令集；所述处理器，用于调用并执行所述存储器中的所述指令集，通过执行所述指令集执行如上述的岩体完整性系数计算方法。

本发明还提供一种存储介质，存储有如上述的岩体完整性系数计算方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行，实现如上述的岩体完整性系数计算方法。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。