某水电站地下厂房区地应力场反演

初始地应力是分析工程中围岩稳定性与支护结构的重要参数之一.本文根据某水电站地下厂房区的地应力实测资料,考虑岩体的自重和地质历史构造运动对地应力场的影响,采用多元回归分析法对厂区地应力场进行多元线性回归分析.得出厂区初始地应力函数与应力分布变化规律.反演得到的地应力回归值与实测值在数值大小和应力方向上基本吻合,表明反演获得的地下厂区初始地应力场合理可靠,为地下厂房区的开挖及长期稳定性分析提供重要计算依据.     

复杂地质条件下调压室三维有限元参数反分析

在地下洞室施工过程的3维有限元模拟过程中,数值计算结果受到地应力场及岩体力学参数的影响。在参数反演过程中,地应力场和岩体力学参数对洞室围岩应力变形的大小影响过程非常复杂,要同时反演这两方面参数比较困难,因此依托复杂地质条件下柳坪水电站调压室工程,采用3维非线性有限元分析,把地应力场岩体力学参数分两步进行反演,首先利用洞室围岩变形之间的规律对地应力场进行反分析,岩体力学参数选取参考范围的中值,在获得计算模型的地应力场数值及分布规律后,再对岩体力学参数进行反分析,反演得到岩体的力学参数,得出微新围岩、断层、弱风化带、强风化带变形模量分别为19、0.45、4.5、2.25 GPa,泊松比分别为0.21、0.35、0.25、0.30。反分析位移与监测位移对比表明,平均相对误差符合计算精度要求,可为类似工程的研究、分析提供参考。     

地应力场的回归分析与工程应用实例

分析地应力场产生的原因及影响因素，阐述地应力场的回归分析方法，以地应力测点实测资料为基础，建立三维地质模型和数值计算模型，对安徽响水涧抽水蓄能电站厂址区域地应力场进行多元线性回归反演分析。对比实测应力与反演所得应力，两者数值上的差值最大为1.28 MPa,总体误差较小。说明采用应力回归计算求得的初始地应力场能够较真实地反映工程实际情况，可为设计、施工提供有效参考。     

岩体初始地应力场计算模型自动生成与快速反演

对AutoCAD进行了面向对象二次开发,利用程序自动读取CAD地形图地面高程并快速生成反映地表起伏变化的三维有限元计算网格模型.采用三维非线性有限元反演回归分析计算方法,提出了三维应力侧压系数函数拟合法,通过三维有限元开挖模拟反演岩体初始地应力场.对蒲石河抽水蓄能电站地下厂房区域初始地应力场进行了反演回归分析,结果表明:实测点地应力拟合较好,该方法计算快速准确,较合理地反映了地形地貌对初始地应力场规律的影响.     

三维初始地应力场反演以及SPSS软件的应用

结合某水电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,分析研究了区域初始地应力的影响因素.在各影响因素单独作用下,采用FLAC^3D计算程序对建立的三维地质概化模型进行计算,在应力实测值和应力回归值之间建立多元回归模型,通过多元回归分析,求出最优回归系数,从而获得初始地应力场分布规律.为了说明计算范围对初始地应力场的影响,对工程区域分别取大小模型进行计算.数值计算结果表明,对于处于高山地区的工程,地应力回归时要选择大模型.并且使用SPSS(statistical package for the social science)软件对应力进行统计分析,可得到工程区域内的初始应力函数.     

基于构造控制的地应力人工神经网络反演研究

在赵楼井田地质构造和地应力场研究的基础上,提出以构造指标优化人工神经网络(ANN)模型的建模方案.实测了井田地应力的大小和方位,结合有限元数值模拟分析了地应力场的分布特征.通过构建具有构造意义的输入指标:岩组相对强度(I),断层相对距离(D),建立了5×7×3结构的3层BP神经网络模型对地应力进行反演,并与不含构造指标的ANN模型进行对比.结果表明:输入层包含构造指标的ANN模型具有高效性、鲁棒性,反演结果的平均误差仅为4.8%～6.6%,精度较之于不含构造指标的ANN模型提高了1个数量级.在应用ANN反演地应力中,应当重视地质构造对地应力的控制作用,构建具有构造意义的输入指标是提高反演地应力效果的关键.     

考虑天然渗流场影响的地应力场反演回归分析及应用

结合某水电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,借助有限元计算工具ABAQUS,对影响因素单独作用下的三维地质概化模型进行计算.在应力实测值和应力计算回归值之间建立多元回归模型,求出最优回归系数,从而获得初始地应力场分布规律.本文首次将天然渗流场作为影响因素,对厂房区初始地应力场进行了回归分析,并与未考虑渗流场的情况作了比较,得到了更合理的应力场分布.同时根据反演结果对地下厂房洞室不同开挖顺序做了分析比较.计算结果表明,经过适当优化后的开挖顺序是安全可行的,各主要洞室群总体稳定性较好.     

弱胶结软岩巷道围岩位移反演地应力研究

为克服弱胶结软岩钻孔塌陷、遇水软化及崩解给常规地应力测试带来的困难,提出了弱胶结软岩矿区巷道围岩位移反演地应力分析方法.通过在圆形巷道位移解中引入几何修正系数,运用阻尼最小二乘法求得了直墙半圆拱巷道顶板、两帮、底板的修正位移解,基于伊犁四矿软岩巷道围岩位移测试数据,反演得到了该矿区的地应力分布,并结合数值分析进行了地应力正演验证.结果表明:巷道位移修正解、数值模拟值和现场监测值吻合度较高;该矿区地应力场以自重应力为主,最大水平应力是垂直应力的0.7~0.8倍,其方向为NNE~SSW,方位角为10°~20°,对巷道掘进方向和采区布置的影响具有明显的方向性.     

淮南矿区原岩应力场宏观类型工程地质研究

通过对淮南矿区原岩地应力的测量和分析,认为淮南矿区的原岩应力场宏观类型为大地静力场型;然后利用理论分析、地质分析、巷道稳定性工程地质调查、工程地质类比分析的方法进一步论证了这一结论;最后总结了淮南矿区的原岩应力特点,提出了煤矿巷道断面选择原则．     

深部矿井三维地应力特征及其对巷道稳定性的影响

地应力是影响矿山地下工程围岩稳定性的重要因素之一.为了解狮子山矿区应力状态及分布规律,应用空心包体三轴应变计,采用套孔应力解除法对矿区开展了三维地应力实测.通过实测获得该矿区深部4个中段4个测点的三维应力状态.对实测数据系统分析,获得了矿区地应力场的分布特征,验证了狮子山矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力的走向为NNW-SSE向,最大、最小及中间主应力随深度基本呈线性增长关系.基于深部三维地应力实测结果和工程地质条件,采用FLAC3D软件分析了巷道轴向与最大主应力方向不同情况下巷道围岩的破坏情况.研究成果为狮子山矿区深部开拓工程和采场的合理布置提供了可靠的依据,对矿山后续安全高效生产具有重要的指导意义.     

人工神经网络结合遗传算法反演岩体初始地应力的研究

提出综合应用实数编码的遗传算法与改进的BP神经网络的优化反演分析方法,并通过数值分析,探讨了该方法在应用于位移反演岩体初始应力与材料参数方面的有效性.在算例中,以Burgers模型的计算数据作为改进神经网络的训练样本,用遗传算法搜索待反演参数解向量.计算结果表明利用遗传算法优化神经网络权值能提高神经网络迭代算法的效率与可靠性.该方法应用于岩体初始应力场的反演具有迭代过程平稳、收敛快、结果准确等特点,能够有效地求得岩体初始应力与材料参数.     

Zonal disintegration mechanism of isotropic rock masses around a deep spherical tunnel

In order to investigate zonal disintegration mechanism of isotropic rock masses around a deep spherical tunnel, a new mechanical model subjected to dynamic unloading under hydrostatic pressure condition is proposed. The total elastic stress-field distributions is determined using the elastodynamic equation. The effects of unloading rate and dynamic mechanical parameters of isotropic deep rock masses on the zonal disintegration phenomenon of the surrounding rock masses around a deep spherical tunnel as well as the total elastic stress field distributions are considered. The number and size of fractured and non-fractured zones are determined by using the Hoek-Brown criterion. Numerical computation is carried out. It is found from numerical results that the number of fractured zones increases with increasing the disturbance coefficient, in-situ stress, unloading time and unloading rate, and it decreases with increasing parameter geological strength index, the strength parameter and the uniaxial compressive strength of intact rock.     

阳江抽水蓄能电站地应力场回归分析

采用基于三维有限元正演分析、应力实测资料及将岩体自重和构造应力作为地应力的主要构成因素的多元线性回归方法,对阳江抽水蓄能电站的地应力场进行回归分析.通过拟合实测地应力资料获得对应于地应力构成因素的回归系数,进一步获得了整个工程区特别是重要工程部位的岩体应力分布.回归结果表明:工程部位岩体属中等应力水平,最大水平主应力方位随埋深的增加由EW方向至NWW方向偏转.文章最后揭示了工程局部应力场与区域应力场构造的关系.     

Stress Measurement with an Improved Hollow Inclusion Technique In Jinchuan Nickel Mine

Borehole overcoring stress measurement with an improved hollow inclusion technique was carried out at 10 points on 3 levels in Jinchuan nickel mine which is situated in north-west of China. Through the measurement, 3-D in situ stress state at the measuring points and distribution characteristics of the stress field in the mine were obtained. The stress state in Jinchuan mine is dominated by the horizontal tectonic stress field. The maximum principal stress is horizontal which is about twice the weight of the overburden and its orientation is approximately vertical to the regional tectonic line. The difference between two horizontal principal stresses is quite large which is an important reason to cause failure of underground excavations.     

金川矿区地应力场特征

从地质构造、显微构造、地壳形变场和震机制等方面，探讨了金川矿区域应力场特征及其力源，地应力测量成果综合表明，金川矿区为一以水平残余构造应力的高地应力区，地应力场具有显的不均匀性、各向异性，地应力场的分布特征决定了矿区地下巷道的变形破坏规律。     

裂隙岩体裂隙网络渗流场—应力场耦合的刚体元分析

基于裂隙岩体初始裂隙网络渗流的离散数值模型，首次采用新的数值方法－－刚体元方法进行裂隙岩体裂隙网络渗流场－应力场耦合分析，既避免了经典渗流理论不考虑介质应力的不足，又克服了工程岩体稳定性分析中简单考虑水渗流作用的缺陷。     

锦屏一级水电站左岸边坡高地应力区卸荷松弛特征及其控制措施

岩体开挖卸荷松弛效应对边坡的稳定性影响巨大,如何控制岩体卸荷松弛程度非常重要。以锦屏一级水电站左岸高边坡为研究对象,区域3维地应力场反分析结果表明:工程区域内地应力水平较高,水平构造应力较大,河床处的最大主应力达到40～50 MPa。施工期声波波速及钻孔变模的测试数据表明:边坡高地应力区的岩体卸荷松弛现象非常明显,岩体卸荷松弛深度随着地应力的增大而增大。边坡高地应力区开展的先挖后锚和先锚后挖的两种岩体卸荷松弛控制试验表明:先锚后挖能够有效地改善岩体的应力释放,同时能够较好地控制岩体的变形。     

浅埋岩体隧洞初始地应力场位移反分析方法研究

对于隧洞开挖数值计算问题,能否合理的模拟初始地应力场是技术关键.由于在浅埋岩体隧洞数值计算过程中,初始地应力场控制隧洞围岩变形规律,岩体力学参数控制围岩变形大小.根据初始地应力场的数值计算方法,假设垂直方向的初始地应力为岩体自重,在考虑两个水平方向的初始地应力不相等基础上,提出了以开挖相对位移比例和开挖相对位移增量比例为对象的浅埋隧洞初始地应力场反分析方法,并且通过-简单隧洞反分析实例,说明了该方法简单易行、结果合理,符合工程实际.     

浅埋地下洞室围岩岩体力学参数反分析研究

基于随机权重粒子群和最小二乘支持向量机方法建立地下洞室力学参数位移反分析模型,利用正交试验和3DEC模型确定各水平参数的学习样本,对地下洞室岩体的力学参数进行位移反分析。结果表明:利用支持向量机方法的非线性映射可以实现力学参数的反分析;反演得到主厂房围岩方向的侧压力系数Kx,Ky为0.453、0.644;三类岩体的弹性模量E3,E4,E5分别为10.15、8.20、2.62 GPa;将反演分析的参数带入3DEC模型得到的位移与实测位移相对误差较小,验证了反演参数的合理性。     

基于弹塑性有限元的深挖路堑碎裂岩质边坡稳定性分析

西部地区地形地质条件复杂,对于岩体破碎、裂隙发育的边坡,前期地勘和试验工作获取到的信息非常有限,难以确定岩体力学参数统计特征。本文结合边坡施工开挖逐步揭示的工程地质信息,建立切合工程地质特征的三维弹塑性有限元模型,模拟边坡开挖过程对工程岩体岩石力学参数进行反分析,对比开挖过程测斜监测获得的位移变形,获得了接近实际情况的最优计算参数,并利用获得的参数分析边坡的稳定性,预测开挖加固效果。结果表明,采用基于弹塑性有限元的边坡稳定性分析是有效可行的,可以计算得出岩体位移场,应力场的变化特征,揭示边坡开挖变形的内在机制。本研究为复杂地质条件下信息化施工设计提供了一种新方法。