一种岩土体力学参数获取方法及装置

本发明涉及岩土体勘测，具体为一种岩土体力学参数获取方法及装置。

背景技术：

1、物理力学参数是近地表岩土工程建设中的十分关心的核心问题。实验室岩芯测定法和地球物理测井资料解释法是岩土体物理力学参数获取中常用的方法，但它们通常提供的是该钻孔处的一维岩石力学参数分布，并且相关费用较高，周期很长且具有破坏性。如何快速准确无损地表征近地表三维岩土体物理力学参数，是当前岩土体工程建设研究所面临的实际问题。地震纵、横波速度与各种岩土体物理力学参数之间存在紧密的关系。

2、现有技术中，公开号为“cn117724167b”的一种近地表岩土体物理力学参数三维演变规律估算方法，属于地球探测与信息技术技术领域，通过采用三维地质勘探数据进行联合反演同步获得纵波速度与横波速度进而估算泊松比、压缩模量、弹性模量、内摩擦角岩土体物理力学参数并求取相邻期次的变化，能快速及无损地获取近地表三维区域性岩土体原位的物理力学参数。

3、但现有技术仍存在较大缺陷，如：现有技术在使用纵波速度和横波速度来估算出泊松比、压缩模量、弹性模量、内摩擦角等岩土体物理力学参数时，未考虑到土壤含水量、土壤湿度等外界因素的影响，使得估算出的泊松比、压缩模量、弹性模量、内摩擦角等岩土体物理力学参数与实际值间会出现一定的偏差，导致估算的岩土体力学参数不精准的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种岩土体力学参数获取方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种岩土体力学参数获取方法，包括如下步骤：

4、s1，采集岩土体在不同采集时刻下的土壤含水量、土壤温度、岩土体力学参数、横波速度以及纵波速度数据；

5、s2，根据相邻采集时刻下的土壤含水量，生成含水量修正系数的计算公式，且含水量修正系数用于对力学参数模型进行修正，且含水量修正系数的计算公式中含有待定系数；

6、s3，根据相邻采集时刻下的土壤温度，生成温度修正系数的计算公式，且温度修正系数用于对力学参数模型进行修正，且温度修正系数的计算公式中含有待定系数；

7、s4，构建力学参数模型，且力学参数模型输入量为当前时刻的含水量修正系数、温度修正系数、横波速度和纵波速度，前一时刻的岩土体力学参数，输出量为当前时刻的岩土体力学参数，且力学参数模型含有对前一时刻下岩土体力学参数进行修正的修正因子；

8、s5，将采集的岩土体力学参数、横波速度以及纵波速度作为已知量带入力学参数模型的表达式中，反推出含水量修正系数计算公式中待定系数、温度修正系数计算公式中待定系数、修正因子的具体值；

9、s6，获取待测岩土体实时的土壤含水量、土壤温度、纵波速度和横波速度，并获取待测岩土体历史的土壤含水量、土壤温度和岩土体力学参数；

10、s7，基于待定系数确定后的含水量修正系数计算公式对实时和历史的土壤含水量进行计算以生成含水量修正系数，并基于待定系数确定后的温度修正系数计算公式对实时和历史的土壤温度进行计算以生成温度修正系数；

11、s8，将含水量修正系数、温度修正系数、横波速度、纵波速度、历史的岩土体力学参数带入修正因子确定后的力学参数模型中，以生成待测岩土体的岩土体力学参数。

12、进一步的，采集岩土体在不同采集时刻下的土壤含水量、土壤温度、岩土体力学参数、横波速度以及纵波速度数据的具体逻辑为：

13、s11，确定需勘探的岩土体区域，并将用于采集土壤含水量、土壤温度的传感器组安装在岩土体区域中；

14、s12，在任一采集时刻下，基于传感器组获取这一采集时刻的土壤含水量和土壤温度，并基于三维地震勘探技术获取这一采集时刻的横波速度和纵波速度，并挖取这一采集时刻的岩芯和土样进行三轴压缩试验，以获取这一采集时刻下的岩土体力学参数。

15、进一步的，将第i个采集时刻下采集的土壤含水量、土壤温度、纵波速度、横波速度分别标定为rhi、ti、vpi、vsi，i表示不同采集时刻的编号，且i＝1、2、……、m，m表示采集时刻的总个数，且m≥9，m∈n+，将第i个采集时刻下第j种岩土体力学参数的含水量修正系数标定为rhxzi(j)，j表示不同种岩土体力学参数的编号，且j＝1、2、……、n，n表示岩土体力学参数的总个数，且n∈n+，将第i个采集时刻下第j种岩土体力学参数的温度修正系数标定为txzi(j)。

16、进一步的，根据相邻采集时刻下的土壤含水量，生成含水量修正系数的计算公式，且含水量修正系数用于对力学参数模型进行修正，且含水量修正系数的计算公式中含有待定系数的具体逻辑为：

17、s21，将某一采集时刻与前一采集时刻的土壤含水量差值除以前一采集时刻的土壤含水量后得到的比值作为含水量变化率，并对含水量变化率进行赋值，以生成位于-1—1之间、且随含水量变化率增大而增大的含水量变化系数；

18、所述含水量变化率的计算公式如下：

19、

20、其中，将第i个采集时刻下的含水量变化率标定为rhbhi；

21、s22，根据某一采集时刻下的土壤含水量、这一采集时刻与前一采集时刻下的土壤含水量间差值、这一采集时刻下的含水量变化系数，并引入待定系数，生成这一采集时刻下含水量修正系数的计算公式，含水量修正系数的计算公式如下：

22、rhxzi(j)＝λ1j*rhi+α1j*(rhi-rhi-1)+β1j*f(rhbhi)+δ1j

23、其中，将第i个采集时刻下的含水量变化系数标定为f(rhbhi)，λ1j、α1j、β1j、δ1j均为待定系数。

24、进一步的，所述含水量变化系数的赋值标准如下：

25、当满足rhbhi<-0.6时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝-0.8；

26、当满足-0.6≤rhbhi<-0.3时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝-0.5；

27、当满足-0.3≤rhbhi<0时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝-0.3；

28、当满足rhbhi＝0时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝0；

29、当满足0<rhbhi≤0.3时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝0.3；

30、当满足0.3<rhbhi≤0.6时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝0.6；

31、当满足rhbhi>0.6时，令含水量变化系数f(rhbhi)＝0.9。

32、进一步的，根据相邻采集时刻下的土壤温度，生成温度修正系数的计算公式，且温度修正系数用于对力学参数模型进行修正，且温度修正系数的计算公式中含有待定系数的具体逻辑为：

33、s31，将某一采集时刻与前一采集时刻的土壤温度差值除以前一采集时刻的土壤温度后得到的比值作为温度变化率，并对温度变化率进行赋值，以生成位于-1—1之间、且随温度变化率增大而增大的温度变化系数；

34、所述温度变化率的计算公式如下：

35、

36、其中，将第i个采集时刻下的温度变化率标定为tbhi；

37、s32，根据某一采集时刻下的土壤温度、这一采集时刻与前一采集时刻下的土壤温度间差值、这一采集时刻下的温度变化系数，并引入待定系数，生成这一采集时刻下温度修正系数的计算公式，温度修正系数的计算公式如下：

38、txzi(j)＝λ2j*ti+α2j*(ti-ti-1)+β2j*f(tbhi)+δ2j

39、其中，将第i个采集时刻下的温度变化系数标定为f(tbhi)，λ2j、α2j、β2j、δ2j均为待定系数。

40、进一步的，所述温度变化系数的赋值标准如下：

41、当满足tbhi<-0.6时，令温度变化系数f(tbhi)＝-0.8；

42、当满足-0.6≤tbhi<-0.3时，令温度变化系数f(tbhi)＝-0.5；

43、当满足-0.3≤tbhi<0时，令温度变化系数f(tbhi)＝-0.3；

44、当满足tbhi＝0时，令温度变化系数f(tbhi)＝0；

45、当满足0<tbhi≤0.3时，令温度变化系数f(tbhi)＝0.3；

46、当满足0.3<tbhi≤0.6时，令温度变化系数f(tbhi)＝0.6；

47、当满足tbhi>0.6时，令温度变化系数f(tbhi)＝0.9。

48、进一步的，构建力学参数模型，且力学参数模型输入量为当前时刻的含水量修正系数、温度修正系数、横波速度和纵波速度，前一时刻的岩土体力学参数，输出量为当前时刻的岩土体力学参数，且力学参数模型含有对前一时刻下岩土体力学参数进行修正的修正因子的具体逻辑为：

49、岩土体力学参数包括泊松比、压缩模量、弹性模量、剪切模量以及内摩擦角共五种，将泊松比标定为第一种岩土体力学参数，将压缩模量标定为第二种岩土体力学参数，将弹性模量标定为第三种岩土体力学参数，将剪切模量标定为第四种岩土体力学参数，将内摩擦角标定为第五种岩土体力学参数，并将第i个采集时刻下采集的泊松比、压缩模量、弹性模量、剪切模量、内摩擦角分别标定为σi、ki、ei、gdi、

50、力学参数模型中计算力学参数的表达式为：

51、

52、其中，σi'、ki'、ei'、gdi'、表示力学参数模型所输出的第i个采集时刻下的泊松比、压缩模量、弹性模量、剪切模量、内摩擦角，σi-1、ki-1、ei-1、gdi-1、表示第i-1个采集时刻采集的泊松比、压缩模量、弹性模量、剪切模量、内摩擦角；

53、其中，γ1、γ2、γ3、γ4、γ5均为修正因子。

54、一种岩土体力学参数获取系统，用于执行上述的岩土体力学参数获取方法，包括：

55、历史数据获取模块，用于采集岩土体在不同采集时刻下的土壤含水量、土壤温度、岩土体力学参数、横波速度以及纵波速度数据；

56、含水量修正系数构建模块，用于根据相邻采集时刻下的土壤含水量，生成含水量修正系数的计算公式，且含水量修正系数用于对力学参数模型进行修正，且含水量修正系数的计算公式中含有待定系数；

57、温度修正系数构建模块，用于根据相邻采集时刻下的土壤温度，生成温度修正系数的计算公式，且温度修正系数用于对力学参数模型进行修正，且温度修正系数的计算公式中含有待定系数；

58、力学参数模型构建模块，用于构建力学参数模型，且力学参数模型输入量为当前时刻的含水量修正系数、温度修正系数、横波速度和纵波速度，前一时刻的岩土体力学参数，输出量为当前时刻的岩土体力学参数，且力学参数模型含有对前一时刻下岩土体力学参数进行修正的修正因子；

59、待定值反推模块，用于将采集的岩土体力学参数、横波速度以及纵波速度作为已知量带入力学参数模型的表达式中，反推出含水量修正系数计算公式中待定系数、温度修正系数计算公式中待定系数、修正因子的具体值；

60、实时数据获取模块，用于获取待测岩土体实时的土壤含水量、土壤温度、纵波速度和横波速度，并获取待测岩土体历史的土壤含水量、土壤温度和岩土体力学参数；

61、修正系数生成模块，基于待定系数确定后的含水量修正系数计算公式对实时和历史的土壤含水量进行计算以生成含水量修正系数，并基于待定系数确定后的温度修正系数计算公式对实时和历史的土壤温度进行计算以生成温度修正系数；

62、力学参数输出模块，用于将含水量修正系数、温度修正系数、横波速度、纵波速度、历史的岩土体力学参数带入修正因子确定后的力学参数模型中，以生成待测岩土体的岩土体力学参数。

63、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

64、本发明的岩土体力学参数获取方法及装置，通过对土壤含水量数据进行处理以生成含水量修正系数，并通过对土壤温度数据进行处理以生成温度修正系数，以此通过在力学参数模型中引入含水量修正系数、温度修正系数来对岩土体力学参数进行修正，使得模型输出的岩土体力学参数充分考虑土壤含水量和土壤温度的影响，更为贴合实际，提高对岩土体力学参数估算的精准性。