岩体弹塑性模型力学参数对位移的影响度研究

弹塑性位移反分析可归结为对一个极值问题的优化求解。但在求解该极值问题前，须先确定其目标函数的影响因素，即确定弹塑性位移反分析问题的可反演参数。采用连续介质快速拉氏分析(FLAC)对地下采场进行数值模拟计算，采用正交试验设计法确定模拟计算方案，采用数理统计分析法研究岩体弹塑性模型力学参数对地下采场顶板中点竖向位移及侧帮中点水平位移的影响度，建立了影响度评价方法，确定了弹塑性位移反分析问题的可反演多数。     

基于蠕变试验的石膏矿柱长期稳定性研究

石膏矿柱的长期稳定性是影响石膏矿山安全生产和地表环境的主要因素。针对鲁能泰山石膏矿开采中矿柱稳定性问题,采用室内试验、数值模拟及现场实测相结合的方法对矿柱的长期稳定性进行分析。蠕变试验结果分析表明,石膏的蠕变强度为瞬时强度的72%~77%,采用改进的Burgers蠕变模型可以较好地描述石膏的蠕变特性。基于试验结果,对4301工作面矿柱的长期稳定性进行数值模拟计算分析,矿房顶底板及两帮围岩变形速度随时间增长而逐步递减;且顶底板的变形不同步,采后1 a底板即趋于稳定,两帮2 a后趋于稳定,而顶板采后3 a才趋于稳定;采后10 a,矿房顶底板及两帮移近量分别为155,68 mm。围岩变形监测结果表明,矿房采后100 d内围岩变形速度较大,而后呈逐渐递减趋势,但变形量仍处于缓慢增长中,并且矿房围岩趋于稳定的时间不同,采后400 d,两帮变形基本趋于稳定,而顶底板变形经过640 d后才趋于稳定。     

软岩浅埋段大断面输水隧洞围岩参数反分析

本文针对位移反分析法在隧道设计与施工过程中的实际应用进行可行性研究,以浙江临海市大田平原排涝隧洞工程为研究背景,对所选反演参数进行了黄金分割优化迭代计算,结合现场监测数据和FLAC~(3D)有限元软件,对围岩松动区进行了位移反演分析和隧道数值模拟计算。研究结果表明,利用该类反分析方法得到的围岩反演参数组合较为可靠。对同一隧道断面的拱顶进行锚杆应力数值模拟,与对应点的监测数据比较吻合,进一步验证了反分析参数的可靠性。     

乌鲁木齐地铁1号线南湖广场站深基坑施工位移场模拟分析

以乌鲁木齐地铁1号线南湖广场站深基坑工程为例,采用有限元分析软件Midas GTS NX对基坑变形过程进行位移场模拟分析,将实际监测结果与模拟计算结果进行对比验证。结果表明,模拟计算结果与实际监测结果规律基本一致,但因工程实际地质、水文、周边环境条件等不同,实际基坑东、西两侧的地表沉降量并不完全对称。由此认为,利用有限元软件对基坑变形过程进行位移场模拟分析,可以有效弥补监测分析的不足,对基坑变形进行较全面的分析。     

隧道围岩位移智能化反演研究

在分析隧道工程特点及围岩位移反分析研究现状的基础上,着重介绍了三种位移智能反演方法的原理、特点及普遍存在的问题,经研究证实了隧道位移智能化反演结果的正确性,对隧道围岩稳定性评价、信息化施工及岩石力学反问题研究具有重要意义.     

拉西瓦水电站地下厂房洞室群分层开挖过程仿真反演分析

 拉西瓦水电站厂房规模巨大,围岩主要为脆硬花岗岩,爆破后围岩分区明显;同时厂房区域山高坡陡,河谷狭窄,区域地应力场较高,且分布较复杂,对洞室稳定性不利。为了评判开挖后地下厂房围岩的稳定性及支护的长期安全性,以地下厂房分层开挖现场实测位移为基础,根据多点位移计实测的离洞壁不同深度位移的变化规律将厂房洞壁周边围岩分为松动区、过渡区和稳定区;然后采用每层开挖引起的增量实测位移与相应的反分析位移均方差作为目标函数,分层进行围岩力学参数反演分析,得到上、下游厂房不同的地应力参数及地下厂房在开挖每层时围岩的岩体力学参数。结合反演得到的这些地应力场与围岩力学参数,对后续开挖时厂房围岩稳定性进行评价与预测,提出拉西瓦地下厂房围岩稳定性判定标准。该标准为后续地下厂房监测变形控制提供依据,有效地指导厂房支护设计与开挖施工。     

均匀设计原理在地下工程位移反分析中的应用

以小湾水电站为背景，在试验、监测、前期分析结果的基础上，建立地质与施工的概化模型。以围岩基本力学参数和初始应力场为基本变量，按均匀设计方法进行计算方案的组合，采用考虑开挖卸荷效应的三维弹塑性有限元方法完成了地下硐室群开挖模拟，并应用多元线性回归模型进行了围岩基本力学参数和初始应力场的反演分析。应用反演计算所得围岩基本力学参数和初始应力场计算各监测点的开挖扰动位移增量，相应的计算值与实测值较为吻合，表明反演得到的力学参数和地应力场基本合理，均匀设计原理在地下工程位移反分析中具有较高的实用价值。     

地下洞室监测位移场的反演和围岩稳定评判分析

 针对地下洞室开挖过程中有限的位移监测仪器仅能反映局部围岩变形的情况,提出一种基于整个洞室围岩变形空间场的围岩稳定评判方法。首先通过物理场,对监测数据进行标准化处理,引入监测数据以外的围岩变形信息,然后进行三维空间反演。根据反演结果,运用警戒线法对洞室整体围岩进行评价。该评判方法已成功应用于瀑布沟、溪洛渡等大规模地下洞室的施工开挖围岩稳定分析中。实践表明,该方法能及时反映整个洞室群围岩的变形情况,相对其他数值计算方法能对围岩稳定做出快速、精确、直观的评判。     

隧道洞口施工对边坡稳定性影响的预测分析

结合隧道洞口边坡的位移监测数据,采用有限元弹塑性位移反分析方法,对隧道洞口土层参数进行了反演;并采用洞口土层的反演结果,对隧道后续施工扰动对围岩变形的影响进行了预测分析,预测结果与后期现场监测数据基本吻合。隧道洞口施工对边坡的影响非常大,采用有限元反演、预测的数值计算方法,能够有效地对施工造成的变形破坏进行预测预报。     

大岗山地下厂房洞室群围岩力学参数的动态反演与开挖稳定性分析研究

岩体力学参数是影响地下工程围岩稳定的重要因素,随着地下洞室开挖进度的发展,岩体力学参数将产生明显变化。为实时反映开挖过程中围岩的力学参数变化,建立正交试验设计效应优化位移反分析法,应用该方法对大岗山水电站地下厂房洞群分步开挖过程中围岩的力学参数进行实时动态反演。利用动态反演的力学参数对各开挖层围岩进行稳定性分析,揭示出洞群开挖过程中围岩位移场、应力场和塑性区的变化规律,反演计算位移值与实测位移值吻合较好。根据分步开挖计算结果,提出地下厂房洞室群的加固处理建议,并及时反馈给设计单位,实时指导和优化工程的设计与施工。     

基于有限元模拟与神经网络的隧道反演分析研究

依据某隧道施工设计及现场施工建立线弹性的隧道有限元模型,描述围岩位移场的空间分布.分析了隧道埋深、围岩性质、衬砌厚度、开挖方法及空间效应对监测点位移的影响情况.在此基础上建立围岩力学参数的反演分析流程,并建立位移与围岩力学参数的神经网络关系,最后用工程实例来证明该反演方法的可行性和有效性.     

基于差异进化算法反演参数的隧道稳定性分析

在隧道和地下工程弹性问题的位移反分析中,当基本未知数多于三个时,在各参数可能的变化范围内找到一组使误差最小的最佳参数的优化反分析方法是当前岩土工程反分析研究的热点问题。论文结合一种新型的优化算法(差异进化算法),依托摩天岭1＃斜井隧道工程施工,跟踪施工进行了典型断面围岩位移监测,以现场量测位移作为基础信息求得了斜井隧道全局最优值的最佳力学参数组合。根据以上采用差异进化算法求得的反演参数,对摩天岭1#斜井隧道单层衬砌支护稳定性进行了三维数值模拟分析,分析表明,摩天岭1#斜井隧道III级围岩段喷15 cm厚钢纤维混凝土支护后,斜井隧道围岩最小应力明显降低,围岩位移明显减小,因此建议摩天岭1#斜井洞身段III级采用15 cm厚度的钢纤维喷射混凝土单层衬砌。以上研究直接指导了摩天岭隧道单层衬砌设计和施工。     

裂隙岩体表征单元体的确定及工程应用

以某水电站为工程背景,介绍了两种确定裂隙岩体REV的新方法:数字图像处理法和非连续变形DDARF法。依据水电站岩性差异、风化及卸荷程度,将围岩划分为若干工程地质区段并建立随机裂隙网络模型,研究尺寸效应对岩体力学参数的影响规律,获得了REV表征尺寸和等效力学参数;得到岩体的非线性强度准则,嵌入FLAC^3D对水电站开挖进行模拟,并监测关键点位移。结果表明:水电站围岩的抗压强度与围压成正相关;洞室开挖对厂房上下游中部和拐角处影响较大,应加强对这些部位的支护;关键点的位移数值结果与现场监测值基本吻合,误差小于5%。数字图像处理法和DDARF法为裂隙岩体REV的确定开拓了新思路,对复杂条件下地下洞室围岩的稳定性分析有广泛的应用前景。     

大跨径悬索桥隧道锚变位分析

四渡河大桥是我国首次采用隧道式锚碇的大跨径悬索桥。基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟。围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元。围岩采用修正的Mohr-Coulomb破坏模型。围岩开挖应力的释放用场变量相关折减弹性摸量法模拟。研究结果表明,浇注锚体混凝土阶段顶部围岩最大下沉位移2.3 mm,底部围岩竖向位移趋近于0。在正常缆力下,两个锚体围岩的位移场有部分的独立性,缆力增大时两锚体围岩形成共同的位移场。锚碇可能的破坏形式是两锚体向外侧歪斜拔出;锚碇周围岩体的位移均处于毫米的量级,远小于桥塔顶部位移的容许值。数值分析的结果为该大桥的设计与建造提供了可靠依据。     

基于神经网络的隧道围岩位移反分析研究

根据重庆鹰嘴岩隧道现场监控量测资料,基于BP神经网络理论,进行了公路隧道围岩位移反分析研究。首先利用FLAC3D对隧道开挖衬砌过程进行模拟分析,建立各围岩参数组合与位移计算值的对应关系,形成用于神经网络训练和检验的样本,通过训练样本和检验样本分别对网络进行训练和检验,得出较为理想的位移反分析模型;然后通过此模型根据重庆鹰嘴岩隧道现场监控量测的围岩位移资料对有关围岩稳定性的力学参数进行了反演,为隧道围岩稳定性评价分析提供了重要的力学参数。     

曹家洼金矿采场围岩稳定性分析

曹家洼金矿小尹格庄矿段受招平断裂(主裂面)及其三组次级断裂影响,采场岩体中发育出主要与主裂面大体平行的优势结构面。该矿段三中307、308采场于2010年发生围岩垮塌,造成部分矿量损失,因而采用CSRI分类法并结合RMR分类法的方式开展岩体稳定性调查与预测。根据实测和计算分析,认识到岩体结构面状态及其性质是影响采场围岩稳定性的最重要和最根本的因素,进而得出了小尹格庄矿段A、B、C、D各分区岩体稳定性预测结果,与307、308采场岩体垮塌滑移状态基本一致。预测结果已作为调整采场结构参数和支护方式的依据。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

数值分析在确定竖井保安矿柱与回采方案中的应用

本文首先简述了矿层单元与竖井单元的理论结果,讨论了矿山开采岩体分级在选定力学模型中的作用。结合某矿山竖井保安矿柱重新圈定的实际问题,运用矿层单元与竖井单元进行了板状矿体开采对竖井影响的三维分析,充分发挥电子计算机与数值方法的长处,经过对多种可能回采方案的试算与比较,得到了矿山生产设计中急需的参考数据。     

区间分析方法在深部岩体工程中的应用

在深部巷道围岩力学分析和稳定性设计时,由于信息的有限性,影响围岩稳定性的基本参数只能确定其数值范围,很难得到大量的数据样本,确定其分布函数或隶属函数就存在很大的困难。因此,把岩体和支护物理力学参数当作区间变量,采用区间分析方法研究围岩的力学状态,较好地解决了上述困难。并提出了一种区间模型计算程序及其在深部巷道分析中的应用,研究的工程实例也显示该方法具有较好的适应性。