基于R/S分析法与分形理论的围岩变形特征研究

基于R/S分析法与分形理论,对某水电站地下厂房处于同一高层不同剖面的围岩变形特征进了深入剖析,计算了所有多点位移计(4点)测点位移时间序列的Hurst指数与分形维数,提出了围岩开裂的分维判据.研究结果表明,所有测点的位移时间序列的Hurst指数日均在区间(0.5,1)内,且离M410较近剖面的Hurst指数基本趋近于1,这揭示,围岩的变形在今后一段时间仍会继续增长,且增长速率持续提高.当从一个剖面到另一个剖面时,多点位移计的两浅层测点(孔口、5.0 m)位移时间序列的分形维数先变小后变大,开裂剖面(M410所处剖面)的分形维数最小,这表明出现维数最小值是该剖面即将发生开裂的前兆与迹象;另外,尽管两深层测点(11.0 m、17.5 m)总体上存在类似趋势,然而没有如同浅层测点在某个区域存在着显著的单调性这一规律,这表明,M410所处剖面的裂缝深度不可能超出11.0 m,其值应该在5.0 m到11.0 m之间.     

基于支持向量机-小波神经网络的边坡位移时序预测模型

针对岩体边坡位移预测难度大的问题,结合支持向量机-小波神经网络,提出了一种新的岩体边坡位移时序预测模型——支持向量机-小波神经网络预测模型.通过对实测位移值的学习,并借助遗传算法参数寻优的支持向量机对位移时间序列的宏观发展趋势进行滚动预测;在此基础上利用小波基函数变换分析序列的局部特征,通过2维情况下的序列局部走势方向的选择、实测值与支持向量机拟合值的相对误差与绝对误差等指标的分析,达到对预测值优化改进的目的.将该模型应用到某工程面板堆石坝坝肩强卸荷岩体边坡位移的时序预测中,结果表明,该模型具有可靠度和精度高的优点,可应用于岩体边坡位移预测分析.     

堆积层滑坡卸加载响应比基本原理及其应用

在系统分析降雨型堆积层滑坡位移与失稳动因与机制的基础上,首次提出卸加载响应比理论的基本原理.将降雨量的变化作为滑坡的卸加载参数,相应平均位移速率的变化值为卸加载响应参数,由此确定的位移卸加载响应比作为位移动力学参数,根据堆积层滑坡位移动力学规律论证了该位移动力学参数在滑坡预测预报的可行性和有效性,建立卸加载响应比预测模型.以新滩滑坡分析为例,运用卸加载响应比预测模型对新滩滑坡关键部位监测点A3、B3进行了卸加载响应比计算,发现这两点的卸加载响应比时序曲线均在失稳前发生突变,其突变时间与边坡实际失稳时间完全吻合.上述研究结果证明了卸加载响应比理论是可以应用于堆积层滑坡中短期预测预报的一种有效方法.     

基于时间序列的边坡位移实时预测方法

为了随时掌握边坡的变形情况,准确分析并预测边坡位移的变化趋势,确保边坡稳定可靠,基于时间序列方法,并结合以往的边坡位移监测数据,建立了边坡变形趋势的预测模型。提出了一种基于时间序列的边坡位移实时预测方法。以长春市地铁西客站监测为例,验证了本文方法的可行性。研究结果可以为边坡的稳定性分析提供一种新思路。     

时间序列分析与支持向量机的滑坡位移预测

滑坡在变形演化过程中,遭受季节性外界影响因素的作用,变形位移时间曲线呈现出阶跃型特征.采用时间序列分析方法,将位移分解为趋势项和季节项.趋势项位移由坡体自身地质条件控制,利用多项式函数进行预测|季节项位移受降雨、库水位和地下水位等因素的季节性作用而变化.选取当月降雨量、累计前2个月降雨量、当月库水位高程、月库水位变化速率和当月地下水位高程作为影响因子,利用进化支持向量机耦合模型进行预测|通过时间序列加法模型得到滑坡总位移预测值.以三峡库区白家包滑坡为例,通过计算得到预测结果与实际监测值基本吻合,其中最大均方根误差为188,而最小相关系数为098.研究表明：基于时间序列分析与进化支持向量机的滑坡位移预测模型,有效反映了阶跃型滑坡位移变化规律与季节性影响因素之间的响应关系,是一种行之有效的滑坡位移预测方法.     

基于投影寻踪-云模型法的碾压混凝土坝综合变形监控指标拟定

针对传统单测点变形监控指标反映坝体整体结构变形性态的不足,以西北高寒地区某碾压混凝土重力坝为例,采用投影寻踪法对大坝典型断面多测点水平位移序列进行降维处理,得到位移投影值及权重位移序列,计算出加权位移值并运用云模型拟定该重力坝典型坝段运行期综合变形监控指标,研究了坝体加权位移值与环境因子变化规律的相关性,实现了大坝运行期安全性态与定量监测之间的映射关系.结果表明:该方法反映了典型断面多测点变形的相关性,弥补了单测点拟定变形指标的不足.由"3E_n规则"拟定的变形监控指标为15.007 mm,与典型小概率法拟定值较接近,且均大于测点水平加权位移极大值.     

基于自记忆原理的深基坑位移预测方法

传统灰色GM(1,1)预测模型对非负递增时间序列有较好的预测精度,但对波动幅度较大的时间序列预测精度较低。为了提高预测精度,本文在趋势曲线模型和自记忆理论的基础上,建立趋势曲线-自记忆组合预测模型,将该模型应用于深基坑位移预测中,并与灰色GM(1,1)预测模型和趋势曲线预测模型比较,该模型具有较高的预测精度。     

巷道围岩卸荷应力波传播及垮塌过程模拟

采用提出的连续-非连续介质方法,对逐步卸荷条件下圆形巷道围岩中应力波传播、压缩位移控制加载条件下圆形及矩形巷道围岩的变形-开裂-垮塌过程进行了模拟.通过将逐步卸荷条件下圆形巷道围岩的径向及环向应力的数值解和解析解进行对比,验证了本文方法连续介质部分的正确性;研究了卸荷时间及局部自适应阻尼系数对卸荷过程的影响;给出了巷道围岩中应力波传播过程及其变形-开裂-垮塌过程.计算结果表明,卸荷过程越短,围岩的动力响应越明显,围岩达到平衡状态越慢;局部自适应阻尼系数越大,围岩能量消耗越快,越有利于围岩的快速平衡,但越不利于应力波在围岩中传播;当加载的位移达到一定值时,围岩开裂,一些单元从巷道表面脱离,顶板冒落,底板底鼓,随后,许多单元被挤入或落入巷道内,最终导致围岩垮塌.     

基于灰狼支持向量机的非等时距滑坡位移预测

以三峡库区白水河滑坡为例,针对滑坡位移监测数据的非等距性和复杂性,结合非等距时间序列分析法、灰狼优化算法（GWO）和支持向量回归机（SVR）模型,提出新型非等距位移时序预测模型.利用自然三次样条插值法对滑坡位移数据进行等时距处理,基于时间序列分析理论将位移数据中的趋势成分和周期成分剥离,采用基于稳健最小二乘法的三次多项式拟合和GWO-SVR耦合模型分别对这两者进行预测,利用时间序列加法模型得到滑坡累计位移的预测值.研究表明,基于灰狼支持向量机的非等时距滑坡位移预测模型不仅预测精度高,预测误差较小,且寻优参数设置简单,计算收敛迅速.     

逆函数法预报井巷围岩位移量

在矿井开采初期，井巷围岩的位移是矿井支护和重要指标。本文利用已知观测数据结合时间序列分析中的逆函数法来预测开巷初期的围闰移量。同时对数据的预处理进行了探讨，以满足动态数据和等时性及平稳性要求。     

利用综合甜点对YDN地区龙马溪组页岩储层进行可压性评价

依据YDN区块的开发特性,综合地质甜点和工程甜点因素,评价其含气潜力和易改造潜力,从而确定有利的压裂井段。选定TOC含量、孔隙度及岩石力学参数表征储层的含气性和压裂难易程度,利用地质甜点指数、工程甜点指数确定研究区的地质甜点段和工程甜点段,依据综合甜点指数确定有利压裂区域。该区域产量贡献率最高,压裂效果良好。     

基于FLAC3D的深部隧道分区破裂特性研究

深部地层隧道施工期间,其围岩及支护构成一个复杂的承载体系。开挖导致深部岩体中出现的围岩分区破裂、岩爆等现象会给现场带来极大的安全隐患。围绕分区破裂化这一超常现象,依托淮南矿区某深部巷道工程,借助有限差分软件FLAC3D,通过模拟岩体高温、高地应力等特殊环境下,建立其响应模型,研究了原岩应力和内摩擦角对分区破裂化现象的影响。结果表明：不同原岩压力和内摩擦角对围岩分区破裂现象影响显著;当原岩压力在17.3~35.0 MPa内逐渐增大时,间隔破裂区域体积从0增大至25×102 m3;当摩擦角在22~38°区间内逐渐增大时,间隔破裂区域体积则从26.87×102 m3降至0,恢复至浅部隧道传统破坏模式。     

基于PFC-FLUENT联合开展岩体水力劈裂细观机理分析

为研究岩体水力劈裂的致灾过程,揭示水力劈裂细观机理,采用VB编译平台,实现PFC、SURFER、GAMBIT、FLUENT商业软件的调用,并依托FORTRAN编译子程序实现软件间数据信息交换及特定功能,完成岩体水力劈裂三维分析平台的构建。随后,利用该平台建立与文献中相同的岩体水力劈裂圆筒模型,并与试验结果比对,验证了该平台研究岩体水力劈裂的可行性。最终,以某一输水隧洞为例,依托该平台开展输水隧洞裂纹扩展研究,分析高内水压下围岩裂隙萌生、扩张、延伸、贯通的破坏过程。结果表明:该平台能较精细地揭示隧洞衬砌水力劈裂过程并动态获取相应裂隙流场分布特征,针对该隧洞模型,衬砌外围岩压力大于0.6 MPa时方能确保当前高压内水作用下隧洞衬砌安全。     

Rock-breaking mechanism and experimental analysis of confined blasting of borehole surrounding rock

The rock-breaking mechanism and effect of confined blasting were analysed by blasting and impact dynamic mechanics, fluid dynamic mechanics, fracture mechanics as well as blasting experiment. The results showed that the fracturing of surrounding rock in confined blasting condition is the result of coaction of rock pre-cracking by shock wave and stress wave and the continuing expanding crackenhancement of confined medium, and the model of crack development of borehole surrounding rock in confined blasting condition was established. This study acquired the damage range of surrounding rock under the action of shock wave and stress wave, as well as the crack development characteristics of surrounding rock after the wedge-in confined medium into the crack space. Deep-hole confined blasting experiment on large rock showed that the high-efficient utilisation of in-hole explosive was achieved and the safety of rock blasting operation was ensured. Safe static rock-breaking under the action of high-efficient explosive blasting was achieved as well as the unification of super dynamic load of explosive blasting and static rock-breaking of water medium.     

裂缝诱导损伤力学模型研究

水力压裂后,当微裂缝闭合时初始损伤带的诱导应力导致围岩应力重新分布.为确定初次压裂后应力分布规律,将围岩区域分为破坏区、损伤区和弹性区,建立了基于损伤理论的人工裂缝诱导应力模型,选择吉林油田1口生产井为研究对象,计算结果表明：人工裂缝诱导应力随井筒的距离的增大而逐渐减小,计算结果与实际情况吻合较好.     

Fractured rock mass hydraulic fracturing under hydrodynamic and hydrostatic pressure joint action

According to the stress state of the crack surface, crack rock mass can be divided into complex composite tensile-shear fracture and composite compression-shear fracture from the perspective of fracture mechanics. By studying the hydraulic fracturing effect of groundwater on rock fracture, the tangential friction force equation of hydrodynamic pressure to rock fracture is deduced. The hydraulic fracturing of hydrostatic and hydrodynamic pressure to rock fracture is investigated to derive the equation of critical pressure when the hydraulic fracturing effect occurs in the rock fracture. Then, the crack angle that is most prone to hydraulic fracturing is determined. The relationships between crack direction and both lateral pressure coefficient and friction angle of the fracture surface are analyzed. Results show that considering the joint effect of hydrodynamic and hydrostatic pressure, the critical pressure does not vary with the direction of the crack when the surrounding rock stationary lateral pressure coefficient is equal to 1.0. Under composite tensile-shear fracture, the crack parallel to the direction of the main stress is the most prone to hydraulic fracturing. Under compression-shear fracture, the hydrodynamic pressure resulting in the most dangerous crack angle varies at different lateral pressure coefficients; this pressure decreases when the friction angle of the fracture surface increases. By referring to the subway tunnel collapse case, the impact of fractured rock mass hydraulic fracturing generated by hydrostatic and hydrodynamic pressure joint action is calculated and analyzed.     

浅埋偏压隧道开挖数值模拟及稳定性研究

浅埋偏压会对隧道围岩稳定和支护结构产生很大影响,开挖过程中极易发生垮塌。利用FLAC3D 程序对烟海高速公路解家河隧道穿越浅埋偏压洞段采用的施工过程进行仿真分析,得到解家河隧道在采用不同开挖工序时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况。结合现场监测断面的量测成果,经过数据整理和计算得到解家河隧道浅埋偏压洞段围岩及支护的受力特征,对隧道围岩稳定性进行分析判断。所得结论为解家河隧道顺利施工提供了可靠依据,可为具有类似地质、地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。     

浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析

为研究隧道开挖过程中浅埋软岩段塌方变形特征,对隧道地质情况进行有效辨识,结合隧道施工过程围岩监测数据,并依据地质雷达探测结果建立三维数值模型并进行数值分析。研究结果表明:在隧道开挖阶段,拱底与拱顶位置均出现明显塑性区,伴随掌子面逐渐靠近围岩破碎区域,塑性区范围逐渐扩大并向拱顶右上方及围岩内部转移,破碎区域应力水平较低且位移显著增大,围岩完整性大大降低;不良地质构造是隧道发生塌方大变形的主要原因,降雨和地表水的入渗劣化围岩力学性质加速了隧道灾害的发生。对于隧道五级围岩浅埋段施工,应加强监控量测分析并及时做出预警,对关键部位开展超前地质预报工作。研究结果可以指导隧道塌方灾害的防治,对于实现隧道信息化施工具有借鉴意义。     

超大断面隧道软弱围岩控制机制及应用

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展交叉中隔墙(center cross diagram, CRD)法和双侧壁导洞开挖方法下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩、不同开挖方法在无支护、锚杆支护、H型钢拱架支护和H型钢拱架+锚杆支护四种支护方式下隧道围岩变形、支护构件受力变化规律,并研究超大断面隧道软弱围岩控制机制。同时对H型钢+锚网喷联合支护方式在超大断面破碎围岩隧道进行了CRD和双侧壁导洞两种开挖方法下的现场试验,拱顶沉降分别稳定在27.2 mm和18.7 mm,很好地控制了围岩变形、保证了现场初期支护安全。     

浅埋大断面隧道核心土数值模拟与分析

针对浅埋大断面隧道采用双侧壁导坑法施工时核心土的预留问题,依托重庆轨道交通六号线二期北碚站工程,对浅埋大断面隧道采用双侧壁导坑法开挖时,核心土的留设进行数值模拟,比较分析了预留核心土前后围岩的变化情况。结果表明:合理的留设核心土可有效降低地层沉降速率;改善围岩受力情况;同时表明护拱法和临时回填对治理隧道塌方效果良好,对类似塌方处置有指导意义。