基于动态非等比例双强度折减法的边坡稳定性研究

为了探究动态非等比例双强度折减法在边坡稳定性应用的可行性,基于ABAQUS软件,根据三维边坡渐进破坏的过程和强度参数在边坡中发挥作用程度的不同,通过动态非等比例的双强度折减法理论,将Mohr-Coulomb强度准则中的黏聚力c和内摩擦角φ转换为Drucker-Prager强度准则中的屈服强度σ与内摩擦角β;并利用最短路径理论确定边坡的综合稳定性系数,评价边坡的稳定性。结果表明:基于D-P强度准则的动态非等比例的双强度折减法能够更合理地反映三维边坡的渐进破坏过程及其强度参数的发挥程度;所得到的边坡稳定性系数与以M-C准则计算得到的结果非常接近,且得到的边坡稳定性系数、边坡的位移均小于传统强度折减法的模拟结果,具有更高的安全储备。该方法收敛快速,在三维边坡的稳定性计算中有一定的应用价值。     

基于三参数强度准则的煤矿立井井壁 流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P₀与塑性区半径r_p之间的解析表达式。计算结果表明当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力P_c随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σ_r和环向压应力σ_θ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。     

基于卷积神经网络的大坝安全监测数据异常识别

为了减轻大坝安全监测数据异常识别的数据处理压力,解决传统方法难以辨别非最值异常点的问题,提出利用卷积神经网络(CNN)识别大坝安全监测数据异常模式。监测数据过程线的周期性及异常值的显著差别使CNN得以发挥图像分类功能,分别将存在单个突跳点、无异常、存在震荡段、台阶、多个突跳点、台坎的监测数据过程线作为6类图像,人工生成65 000张训练数据及6 500张测试数据,6类图像的数量比为1∶1.5∶1∶1∶1∶1。利用CNN对混合6种过程线图像的测试数据集进行图像分类,总体准确率为0.973 1,且6种图像的准确率都至少为0.93。进一步对CNN进行改进,构建CNN监测数据异常识别模型,增加数据异常位置搜索功能;模型输入为监测数据过程线图像,输出为图像编号、图像类别及异常位置。研究成果有助于实现大坝自动、及时预警,及时了解大坝安全状况。     

Hoek-Brown强度准则在深部岩体力学参数估算中的应用研究

以H-B强度准则为基础的岩体力学参数估算方法综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征。以锦屏二级深埋大理岩为例,引入深部岩体完整性系数K_V改进深部岩体GSI值确定方法,在此基础上详细分析了这一估算方法对深部工程岩体的适用性。结果表明:H-B强度准则中4个参数互相独立,且与围压应力状态无关,应用于深部岩体力学参数的估算是可行的;深部岩体完整性系数K_V可反映岩体内部各种结构面的发育程度和岩体开挖受扰动程度,岩体完整性系数K_V的引入,使深部岩体GSI值的确定更加客观;采用室内常规三轴试验结果参数σ_ci和m_i的值是比较合适的。采用上述方法估算获得锦屏深埋大理岩的强度包络线表现出明显的非线性,在中高围压阶段 (15 MPa<σ₃<40 MPa),其内摩擦角降低了32%,但黏聚力则是低围压阶段的近3倍。     

公路泥质砂岩边坡预警判据与参数敏感性分析

针对高速公路边坡,以Ⅴ级强风化泥质粉砂岩边坡为研究对象,采用有限元强度折减法,分析边坡的变形与应力应变特点,确定地表测点处的位移临界阈值与变形演化规律,为灾害前兆的识别提供依据。建立变形与安全系数的相关关系,结合现场安全监测与边坡表征现象进行判别,共同建立相应预警判据的综合安全监控体系。同时,考虑因素的主效应与相互间的交互作用,采用均匀设计试验分析了影响边坡稳定性的敏感性因子黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ、坡度α与稳定性的变化关系,强度参数与滑动面的变化规律,以及开挖方式与级别的影响,揭示了各参数的内在联系及其对边坡稳定性贡献率的分异特征。结果表明:非线性回归分析能较好地拟合出稳定性系数F与参数间的二次多项式函数关系,影响因素中材料因素大于几何因素,人工开挖方式与开挖级别的影响较小,滑动面随c和φ的变化规律相反,边坡失稳前存在位移的3阶段演化进程。     

基于HI应变计的首次断裂带岩体地应力监测

采用空心包体(HI)应变计进行了首次断裂带岩体应力监测试验。在深埋隧洞施工开挖期,选择合适部位进行了大直径钻孔,利用对中装置、采用水泥净浆灌浆方式将HI应变计埋设在钻孔孔深24 m部位,建立了基于惠斯通电桥半桥测量的云监测系统。确定了只采用水泥净浆和HI材料弹性参数进行修正系数计算,通过分析监测数据规律确定应变计算初始时间后进行了三维应力增量计算。结果显示:以2021年9月16日为初始计算日期、在时段4和时段5期间的应力增量计算结果的第一主应力(σ₁)的范围为10.3~15.0 MPa,方向为缓倾角W向;第二主应力(σ₂)的范围为3.1~4.6 MPa,方向为陡倾角NEE至SEE向;第三主应力(σ₃)的变动范围为0.2~1.8 MPa,方向为缓倾角近S向;最大水平主应力(σ_H)和最小水平主应力(σ_h)分量的变动范围分别为10.1~13.9 MPa和0.2~1.8 MPa,最大水平主应力方向(α_H)为近EW向。结果讨论显示:通过监测数据规律分析确定的计算初始时间更具合理性;HI应变计应力监测受多因素影响,包括开挖应力扰动影响和一次监测洞段的应力和变形调整影响;本试验所得最大水平主应力量级及其方向与已有地应力试验结果接近,监测结果反映龙蟠-乔后断裂带的应力场特征。     

黄土的动变形特性及模型研究

利用SDT-20型双向动三轴仪对原状黄土和重塑黄土的动变形特性进行研究,定性分析了不同试验参数对原状和重塑黄土动剪切模量和动剪切应变累积特性的影响。基于小应变前提,忽略试样在加载过程中的径向应变,并利用其轴向动应变推算出试样在动力加载过程中的孔隙比变化,作出e-σ_d曲线并分析了黄土试样的动力压缩特性。分析发现,和静力压缩不同,黄土的结构性在动力压缩过程中并没有表现出来,原状黄土和重塑黄土在动荷载作用下经历相似的形变过程,其e-σ_d曲线均存在明显的拐点,原状和重塑黄土均存在临界动应力σ_dc。当σ_d<σ_dc时,黄土的动变形发展缓慢;而当σ_d>σ_dc时,黄土的动变形急剧增大并迅速发生破坏。此外,提出双曲模型对黄土在循环荷载作用下的动应变累积特性进行了描述,并利用差分进化法求得模型参数,发现双曲模型可以较好地描述黄土在动荷载作用下的应变累积特性。     

RBF神经网络模型在砂土液化判别中的应用研究

以时松孝次收集的砂土液化数据为研究对象,选取黏粒含量ρ_c、相对密实度D_r、临界深度d_s、竖向有效应力σ′、地下水位d_w、地震震级M、最大地面水平加速度α_max和标准贯入次数SPT-N等8个砂土液化的主要影响因素作为RBF神经网络的输入参数,利用MATLAB7.0中的神经网络工具箱,对部分样本数据进行训练和测试。并利用建立的RBF神经网络模型分析了各因素对砂土液化的影响规律。结果表明：砂土液化判别指标随α_max的增加而增大,随SPT-N和d_w的增加而减小。研究成果表明,建立的RBF网络模型完全满足砂土液化判别的精度要求,能够精确模拟输入和输出之间复杂的非线性映射关系,具有较高的预测精度,具有重要的工程应用价值。     

基于正交试验法的埋地钢管参数敏感性分析

埋地钢管在设计时需考虑管周土体和沟槽对钢管的影响,但土体力学参数和沟槽形态参数对钢管结构的影响研究不够深入。通过引入正交试验法,以钢管最大竖向变形和钢管顶、腰、底处环向弯曲应力为试验指标,进行回填土变形模量E₁、砂垫层变形模量E₂、垫层包角θ、沟槽底部开挖宽度B和沟槽侧壁倾角α关于试验指标的敏感性分析。研究表明:对钢管变形和应力敏感性较高的因素有E₁、E₂、α;B的敏感性较低;θ的敏感性最低。埋地钢管的土体变形模量高、沟槽窄对钢管结构有利,沟槽侧壁倾角影响较为复杂,需结合具体工程进行分析。研究成果可为合理选取埋地钢管的结构设计参数,提供一定的参考依据,同时也为类似问题提供一种分析思路。     

脆性各向同性材料的强度准则数学形式研究

针对质量比为水泥∶河砂∶水∶减水剂=1∶0.5∶0.4∶0.002的脆性各向同性材料，探究了胡克-布朗(H-B)准则、Power Curve准则与单参数Bieniawski准则等3类岩石经典非线性强度准则与Singh抛物线型强度准则的适用性，并对Singh抛物线型强度准则数学形式进行了修正。研究结果表明，单参数Bienianski准则能较好地反映脆性各向同性材料非线性强度特征，数学形式拟合值与试验值的残差平方和(RSS)最小；H-B准则与Power Curve准则均能反映抗压强度指标的非线性特征，但两者均过高估计抗拉强度值；将Singh抛物线型强度准则数学形式等效为因变量(σ₁-σ₃)与自变量σ₃的二次多项式，试验数据拟合效果良好，并通过引入参数n表征试样进入临界状态时的围压σ_crt=nσ_c,得到了修正的Singh抛物线型强度准则数学形式。     

基于改进POT模型的混凝土坝监控指标拟定

大坝监测效应量作为一种随机变量,采用以极值理论为基础的POT (Peaks over Threshold)模型研究监测效应量的监控指标是合适的,但现有的POT模型的阈值确定以图形法为主,需要人工判断,主观性和随意性较大,且难以实现计算机自动化识别。通过构建阈值递增序列,计算不同阈值Tj条件下相应的监控指标,然后利用概率论中的3σ准则,以监控指标危险值与警戒值的差值?j趋近于测值序列标准差S作为确定最合理阈值的原则,提出了一种改进的阈值确定方法,并给出了一个验证实例。改进方法理论基础明确,有效地克服了图形法的主观性和随机误差,且能采用计算机程序实现最合理阈值的自动识别,增强了POT模型法拟定大坝安全监控指标的实用性。     

基于RFM模型的大坝实测性态自适应综合评价方法

针对当前大坝安全监控连续时空监测能力弱、单测点馈控范围小的不足,在充分挖掘大坝原型监测数据的基础上,发展了一种弱化主观干扰的RFM(Recency Frequency Magnitude)自适应大坝性态评价模型。首先,模型结合大坝行为的强周期性时序特征,提出“中层型”和“底层型”监测序列的概念;其次,引入K-means聚类算法实现自适应划分监测序列类别;最后,基于RFM指标评分体系,明确各类别所表征的工程健康状态,建立大坝性态的安全评价体系。以某大坝水平位移监测资料为例,详细展示了所提出的大坝运行性态评价模型的应用流程。工程实例表明,该模型评价合理,客观反映了大坝服役状态,有效减少了评价过程中的经验性活动。     

基于小波去噪的苏通大桥索塔GPS监测数据分析

GPS技术以其全天候、高精度、高频性以及实时性等优点被广泛应用于大型桥梁结构或是工程的动态监测中。然而由于受各种因素的影响监测数据中不可避免地会含有粗差与噪声,这些粗差与噪声的存在势必影响对监测数据的处理与分析。为了消除或削弱粗差与噪声对分析结果的影响,依托苏通大桥索塔GPS监测数据,分析比较了小波分析与莱茵达准则法两种方法探测粗差的效果,鉴于二者的优缺点,提出小波变换、去噪与莱茵达准则相结合的方法,探测粗差的同时提取趋势项,并采用实测数据验证分析了该方法的有效性。最后在时间域里分析了索塔动态监测数据,得到一些具有参考价值的结论。     

大规模降雨监测数据异常识别方法

为实现大规模降雨监测数据的异常识别和快速处理,基于Hampel法、格拉布斯准则、周边测站分析法和雷达辅助校验等方法,建立了递进式异常站点筛查体系,通过K-d tree(K-dimension tree)高级数据结构和并行计算方法提高计算效率,并以福建省5234个具有雨量监测功能的地面站2015—2021年雨量数据进行了验证,结果表明福建省地面站雨量监测数据质量逐年提升;各类测站中,雨量站异常站点占全部异常站点的比例最高,各类异常站点在全省相应类型站点中,雨量站异常站点的占比也最高;雷达辅助校验能够有效解决在雨区与非雨区边界、雨强差异较大的雨区边界的正常站点易被误判为异常值的问题,校验前异常识别准确率为90%左右,校验后准确率提高为95%左右。通过K-d tree和并行计算,全省测站完成一次异常识别需约5~8 min,为大规模降雨监测数据异常识别、充分利用雨量监测站有效信息提供可靠的方法。     

一种用于三维滑坡模型试验数据处理的新方法

研究了一种用于三维滑坡模型试验数据处理的新方法:首先用“3σ准则”检测奇异数据,然后用时间序列中的自适应滤波法对检测出奇异数据的时刻进行预测,并用预测值替换奇异值,最后用五点三次平滑法对噪声干扰较弱的波动数据进行平滑处理。把该方法运用到三维滑坡模型试验数据处理中,处理结果显示该方法能够有效剔除奇异数据和去除毛刺现象,同时不改变原始数据的正常变化趋势。     

基于时间序列的地下水封洞库变形监测模型研究

为确保地下水封洞库工程的安全,需利用监测数据分析和掌握地下结构的安全性状,并利用已有监测数据预测未来结构变化。基于时间序列分析理论,并以地下水封洞库变形监测效应量为研究对象,试图建立地下水封洞库变形的时间序列预测模型,在介绍模型原理的基础上,分析了监测数据平稳处理、模型识别、参数估计的方法和步骤。通过工程实例证明,采用时间序列分析预测模型对地下水封洞库围岩变形进行预测是可行的。     

胶东调水工程输水管道施工质量安全监控方法

胶东调水工程为全区域用水提供丰富的水资源,为保证输水管道输送效能,需要监控输水管道施工质量,保证调水工程顺利输送水资源。但由于传统监控方法拟定的监控指标单一,导致管道施工质量安全监控数据与实际数据不一致。文章对胶东调水工程,提出了全新的输水管道施工质量安全监控方法。该方法利用水域概化图模型,评价胶东地区调水工程水网连通度;通过计算输水管道冻胀参数与排水减压参数,获取施工实际指标;拟定三级监控指标,实现输水管道施工质量安全监控。实验测试结果表明:与两种传统监控方法相比,此次提出的监控方法,在多级监控指标的帮助下,其监控数据与实际施工数据保持一致。由此可见,此次提出的监控方法,能够有效掌握施工质量。     

开放式大坝安全监控系统总体设计

 大坝安全监控系统是一个庞大的系统工程。基于大坝安全监控涉及信息量大、覆盖的知识面广等特点,遵循现代计算机应用软件模块化开发、可扩充、易操作的原则,充分利用网络技术、数据库技术、成熟的决策支持系统研制技术等学科先进理论及方法,提出了“一机四库系统”的设计思想,采用了三层Client/Server体系结构,设计了动态再生的系统平台,从而实现对大坝安全性态的实时在线监控,并且为通用的大坝安全监控系统的开发提供了一个新思路。     

一种适用于海上风机监测数据实时处理的方法研究

海上风机监测异常数据实时处理,对于风机结构体系功能与安全状态的分析评价,具有十分重要的意义。但现阶段对于异常数据实时处理方法的研究还有待完善。本文结合风机实时监测数据特点,采用具有自动调整参数功能的AR(n)模型预测算法进行异常数据实时处理,对处理机制进行了分析。应用该方法对某海上风机实时采集风速及多种传感器监测数据进行了处理,讨论了该方法的精度及处理效率,验证了该方法对于处理风机异常监测数据的有效性和适用性。     

长距离隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系和布置设计

长距离输水隧洞等线路工程建设将不可避免地穿越活动断裂带,引发隧洞结构变形失稳风险。可靠的结构安全监测方案是有效监控隧洞结构安全状态、评价抗错断措施适应性的必要手段,目前还少有与隧洞穿越活动断裂带结构安全监测体系相关的研究。针对该问题,提出了过活动断裂带隧洞结构安全监测的“五适应”设置原则,即:与现行规范或技术标准相适应、与活动断裂带活动特征相适应、与隧洞结构变形规律和破坏特征相适应、与抗断措施相适应、与隧洞开挖施工方法相适应。然后,以滇中引水工程香炉山隧洞为对象,根据断裂带蠕滑作用下的隧洞结构变形破坏规律,开展了基于“五适应”设置原则的安全监测体系和布置设计研究。研究认为香炉山隧洞在穿越丽江-剑川断裂时,应以围岩变形、接缝开合度等为主要监测项目,以接缝剪切压缩量和混凝土压应变等为基本监测内容,以影响带-主断带的交汇区域为重点关注区域,以位错计、错缝计、应变计和压力计为监测仪器,并明确了与监测对象同步实施的布置时机。由此建立隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系,为隧洞过活动断裂带的安全监测布置设计提供了有益的思路。