考虑松动圈的地下洞室群施工期岩体参数反演

结合大岗山水电站地下厂房洞室群施工期分层开挖特点,提出考虑松动圈参数弱化效应的反演基本模型。引入GA-BP算法,基于正交试验设计与FLAC^3D差分程序获得神经网络学习样本及测试样本,建立起围岩力学参数与位移之间的高度非线性映射关系。根据现场实测位移和网络映射位移,建立目标函数,采用遗传算法在岩体参数经验取值范围内,搜索使目标函数取得最优解的参数组合,以获取反演的最优岩体参数。最后利用获取的岩体参数进行正演分析并进行位移的后验差法检验,结论表明了该方法的适用性,其可用于反馈并指导地下工程设计与施工。     

工程岩体力学参数状态相关性初步分析及应用

基于岩体与工程相互作用和影响构建了工程岩体系统,提出了工程岩体状态分类:岩体结构状态、地质环境状态、工程作用状态。以状态描述了工程岩体的天然产出、赋存地质环境和工程作用,分析了状态因子对工程岩体系统力学性质的影响,论证了岩体力学参数的状态相关性;结合岩体工程设计与实践,给出了工程岩体状态分类,研究了工程岩体状态因素的表述和度量方法。在此基础上,提出了考虑状态相关性的工程岩体力学参数取值的一般思路,为工程岩体力学参数取值这一关键技术问题开辟新的研究途径。     

尾粉土物理力学参数概率分布模型及取值研究

通过收集整理大量尾矿坝资料,基于概率分布假设检验及可靠性截断概率,建立了不同矿种尾粉土物理力学参数的最优概率分布模型,提出了各类物理力学参数的合理取值范围,并对尾粉土的物理力学性质进行了对比分析。结果表明,尾粉土物理性质参数变异系数较小,稳定性较好,但力学性质参数的变异系数较大,离散性较高;不同矿种尾粉土的物理力学参数大都符合正态分布或对数正态分布的最优概率模型;以68%的置信概率作为可靠性截断概率,给出了尾粉土各物理力学参数的建议取值范围,为尾矿库的可靠性设计及细粒尾矿工程的特性研究提供了重要参考。     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

基于二维正态分布的岩体抗剪强度参数取值范围确定

针对以往研究中岩体强度参数确定具有较强人为随意性的缺点,对同一类型岩体直剪试验中的正应力、剪应力进行统计分析,并对其开展联合分布的拟合研究,得到了正应力、剪应力联合分布的概率分布模型。在给定的正应力条件下,通过不同概率保证率,可以利用概率分布模型得到剪应力的上下限值,然后在一组不同正应力、剪应力数值中回归得到岩体抗剪强度参数取值范围。以二滩水电站中蚀变玄武岩与混凝土胶结面的直剪试验数据为例,计算得到了在80%保证率下的混凝土与基岩胶结面抗剪强度参数的取值范围分别为f∈(0.68,0.91)与c∈(0.25,1.78)。通过实际工程算例表明,所提出的基于二维正态分布的岩体抗剪强度参数取值的方法可为实际工程中确定岩体抗剪强度参数提供参考。     

中美水电标准岩体及结构面力学参数取值方法对比研究

从试验方法、试验数据整理及参数取值方法等几个方面,对比研究中美水电标准在岩体及结构面力学参数取值方面存在的差异。在国外工程抗滑稳定性分析计算过程中,应充分了解岩体及结构面力学参数的使用条件,避免随意混用、套用中美标准。在国外工程实践过程中,应积极主动地学习国际通用的一些参数取值分析方法,并针对具体工程特点开展中美标准力学参数取值方法的对比分析,让业主咨询工程师理解并接受我国标准的参数取值方法,为我国水电标准全面走出国门打下基础。     

川藏铁路工程破碎岩体力学参数取值研究

为研究破碎岩体的力学特性,获取准确的工程力学参数,利用川藏铁路某场址区的勘探平硐,基于工程岩体质量分级、现场岩体力学试验和现场模型试验反演分析等方法,对破碎岩体的力学特性及参数取值进行研究。结果表明：对于破碎岩体,基于工程岩体质量级别确定的岩体参数值可能存在一定偏差,在无现场试验数据时,应进行充分论证参考使用;现场岩体力学试验是获取岩体力学参数的主要手段,其参数成果更为准确、更具代表性;基于现场模型试验反演分析获取的岩体力学参数可反映岩体在工程环境下的综合性状特征,可作为现场岩体力学试验参数取值的补充和校验。在川藏铁路工程建设过程中,破碎岩体的力学参数应主要基于现场岩体力学试验,并结合工程地质条件和工程应用环境综合分析确定。     

勘察成果在层状岩体稳定性评价中的应用现状

在阐述层状岩体的工程特性及其稳定问题普遍性和复杂性的基础上,评述层状岩体稳定性评价中概化模型建立、力学参数取值、最不利滑面确定以及地下水控稳作用模拟的研究现状.     

基于非线性方法的碎裂结构岩体力学参数分析

采用常规的试验方法对碎裂结构岩体的力学参数进行研究存在一定的局限性,容易受现场条件和尺寸效应的影响,而基于非线性方法的参数分析在一定程度上能够很好地对碎裂岩体的力学参数进行预测。以前坪水库溢洪道碎裂结构岩体为例,在资料收集的基础上建立了岩体力学参数数据库,通过因子分析法将数据库中影响岩体力学参数确定的多个指标进行简化降维后,再结合非线性BP神经网络分析法对工程区岩体的部分力学参数进行预测;在室内外试验数据和现场工程地质条件分析的基础上,运用H-B强度准则对工程区域内不同岩层的岩体力学参数值进行了计算;将预测结果和计算结果进行对比分析后,对工程区的岩体力学参数取值提出了建议。     

水利水电工程岩体力学参数数据库的开发和应用实例

以湖北省水利水电工程岩体力学参数经验取值研究成果数据为基础,介绍水利水电工程岩体力学参数数据库建立的基本方法及关键代码。采用湖北省地区通用的地基承载力、压缩模量数据及水利工程设计常用地质参数等大量岩土参数数据,开发了"岩土参数经验取值系统"。该软件具有界面友好、操作性简单的优点,适合推广。     

岩体工程力学参数取值方法研究Ⅰ:原位试验与定量类比

针对合理确定岩体工程力学参数的难题，在原位试验技术、定量类比方法和数值仿真试验等方面开展了系统研究，形成了包含“一设备、一库、一平台”综合确定岩体工程力学参数的方法体系。本文研发了适用于常规地质钻探的岩体质量随钻测试和岩体力学参数原位试验设备，建立了依据随钻实测参数评价岩体质量的方法以及岩体强度、耐磨性指标与随钻参数的定量关系，提出了通过孔内弹模剪切试验快速获取不同岩层岩体抗剪强度和弹性模量的技术和方法；同时，构建了包含81个工程681组不同类型岩体抗剪强度试验资料数据库，深入研究了不同类型岩体抗剪强度参数的统计特性，提出了基于Bayes方法和可靠度理论，利用大样本数据库资料和少量具体工程试验成果来确定岩体参数的定量类比方法。     

岩体工程力学参数取值方法研究Ⅱ：数值仿真试验

针对复杂节理岩体力学参数确定的瓶颈难题,对复杂节理岩体数值仿真试验开展了深入系统的研究,提出了基于岩体结构面网络计算机模拟的岩体结构定量化表征方法,以及基于拓扑矩阵表达和虚拟节理处理的数值试样快速生成技术,通过在数值流形法中引入断裂力学理论建立了复杂节理岩体受力、变形、破坏、扩展直至贯通的全过程模拟方法,在此基础上构建了节理岩体数值仿真试验平台,为通过仿真试验确定节理岩体的工程力学参数提供了一条新的途径。     

TBM净掘进速度预测模型发展现状及参数分析

TBM净掘进速度预测模型能为隧道施工方法选择、施工进度安排和成本估算提供科学依据。本文对国内外32个典型模型开展参数定性和定量分析。根据各模型建模原理可将参数输入过程划分为按逻辑和组合关系输入、作为修正参数输入、直接输入参数三种类型。评价TBM掘进速度的岩体参数以单轴抗压强度、岩石质量指标、隧道与结构面夹角和岩石脆性指数居多,机械参数主要是单刀推力和刀盘转速。通过调整岩体工程特性关键参数影响区间以及引入机械参数,可将钻爆法岩体分类(RMR、RSR、Q_(system))应用到TBM净掘进速度预测。模型参数选取需要权衡简易性和准确性,参数太少虽然简易但影响预测精度,参数过多会导致实际操作繁琐而不利于工程广泛应用。参数选取合理、组合恰当以及权重分配符合实际是净预测模型准确可靠的关键,随着对掘进过程和破岩机理的深入理解,开展与岩-机作用相关的新评价参数研究将是未来发展趋势。     

基于区域化变量理论的坝基渗流数值方法研究

坝基岩体渗透系数分布具有强烈的空间变异性,其试验数值差别可达几个数量级,可用区域化变量加以描述。本文基于向家坝水电站坝基渗透性的丰富试验成果,研究了基于区域化变化理论的渗透系数空间分布描述的克里金插值法,并应用在渗流数值计算中。以向家坝典型坝段渗流数值计算为例,分别采用按高程统计方法和克里金插值法对数值模型渗透性进行描述,并得到了渗流场空间分布及测点渗压变化过程。测点渗压实测值与计算值变化规律相同,数值相近。计算单元渗透系数赋值方法不同,坝基渗流场的空间分布也不相同。由于克里金插值方法真实地反映了坝基渗透性空间分布,故渗流数值计算成果更真实;数值计算时渗透系数描述采用克里金插值方法是一种有效、方便且可靠的方法。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标( 总能量、弹性应变能及耗散能) 的充填效应。研究结果表明: 节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大; 完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段; 完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

含原生隐性节理工程岩体分级方法

白鹤滩水电站柱状节理玄武岩体内原生微裂隙发育,分布有宏观肉眼不易辨认的隐性节理,节理面较平整,多呈闭合状,为断续镶嵌结构,但岩石强度大,纵波波速高,岩体本身质量及其实际结构特征与测试得到的物理力学性质不相匹配。以白鹤滩水电站坝基柱状节理玄武岩作为含原生隐性节理的代表性岩体,基于其特殊性状,开展现场钻孔取芯、声波测试与点荷载试验,采用目前较为常用的几种工程岩体分级方法对其开展分级研究,对比分析岩体分级的结果与工程实际情况是否具有一致性;并以BQ分级方法为基础,在特定条件下引入RQD来修正岩体完整性系数K_v值,建立了一种适用含有原生隐性节理的工程岩体分级方法;将该方法用于白鹤滩柱状节理玄武岩的工程分级,分级结果与工程实际具有较好的一致性;最后,通过现场原位岩体变形试验对改进的分级方法进行验证可知,测试得到的柱状节理玄武岩变形参数与改进后BQ法的分级结果具有较好的匹配性。     

碎石对土石混合体无侧限力学特性影响研究

土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题。通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制。研究成果表明土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加。     

裂隙化硬岩洞室围岩稳定概率分析方法

在较坚硬的裂隙化岩体中，地下洞室围岩的稳定性决定于岩体的失稳机理和天然的随机因素。本文以块体理论为基础，考虑岩体结构面几何参数和力学参数的随机性，研究了块裂岩体地下结构围岩稳定随机分析方法，并认为结构几何特征的随机性控制关键块体的生成概率，力学参数的随机性控制关键块体在力学上的实现概率，裂缝化岩体地下洞室围岩的失稳可能性是两者的并联事件。根据文献资料，作了一实际算例。