地下工程岩体参数场反演分析应用研究

 在施工过程中,由于开挖方式、爆破以及支护施作滞后等因素的影响,洞周岩体会有不同程度的“劣化”。一般而言,受开挖施工影响,离洞室表面越近的岩体劣化程度越严重;支护施作滞后时间越长岩体劣化程度越严重。因此,提出参数场的概念,将洞周围岩物理力学参数看作受初始地质状态、施工影响而随空间变化的非稳定参数场。采用三维弹塑性损伤有限元及位移反演分析方法,经敏感度分析确定恰当的待反演岩体参数,使用局部断面模型快速反演计算方法获得各监测断面区域岩体参数场,再通过插值方法得到三维整体模型参数场,适当修正后即可用于洞室后期开挖围岩变形及稳定预测。结合瀑布沟水电站地下厂房工程,建立有限元模型,代入监测数据,反演获得洞周围岩参数场,并将计算结果用于预报后续洞室开挖的围岩变形趋势,结果显示岩体计算预测反演参数与实际监测值符合较好。     

三峡工程永久船闸边坡岩体宏观力学参数的尺寸效应研究

采用室内及现场岩体力学试验,建立E－Vp关系、工程岩体分级、计算机模拟试验以及边坡位移监测成果的反演分析等手段,对三峡永久船闸边坡卸荷带岩体变形参数进行研究,建立了岩体变形模量与岩体尺寸之间的关系,研究成果表明永久船闸高边坡岩体宏观力学参数具有明显的尺寸效应。     

水绥公路阶梯边坡强度参数反演分析

云南省水绥二级公路某路段为阶梯形人工松散质岩质边坡．根据该路段典型的边坡削面形状,结合儿体的工程地质条件,用极限平衡法进行搜索,分析其局郎及整体最危险滑移而．计算结果表明：最危险滑移面往天然和饱水软化条件下的安全系数均小于1．0,坡体均不稳定。从该边坡目的的状态看,它是稳定的,而且历史上降雨作用下也没有滑塌记录,针对这一问题,通过对松散体强度参数进行反演分析,最后给出了建议的参数值,为该路段边坡的稳定性评价分析提供可靠的技术支持。     

采样方案对反演岩体渗透参数的影响

利用地下水位的观测资料对岩体渗透参数进行反演是较为可靠的方法。目前常用随机布点的方法获得地下水位的观测资料。这种方法没有考虑地下水位的空间变异性。通过对地下水位空间变异性的分析，将总体估计误差作为评价样本好坏的标准，并用它研究了3种不同采样方案下等效连续介质的主渗透参数反演结果。分析结果表明：在满足反演精度的前提下，采用优化的方案可降低采样费用；采用随机布点，在相同布点数时，反演结果的误差较优化方案的误差大；增加随机布点数对反演结果改善不明显。     

路堤滑坡力学参数的反演分析计算方法

通过条分法等土力学原理，对公路路堤滑坡进行反演分析计算，推求出滑动面的两个力学参数C及φ的值，并以107国道武汉东西湖段某处路堤边坡滑塌为例，验证了该法的可靠性，计算结果可作为路基滑坡的稳定性评价和工程治理方案设计的重要参考依据。     

节理岩体宏观力学参数的计算机模拟试验

本文借助力学理论与计算机方法,并在地质调查的基础上,对三峡工程船闸区典型地段的岩体进行了计算机模拟试验,用研究节理对宏观力学参数的影响以及宏观力学参数的结构效应。     

蒙特卡洛法与有限元相结合分析边坡稳定性

蒙特卡洛随机搜索法与弹塑性有限元法结合,求解边坡稳定问题。根据有限元分析的应力和孔隙水压力结果计算给定滑动面的安全系数。利用随机走步法不断更新试算滑动面,使其安全系数不断减小。通过比较一定数量的试算滑动面,确定边坡临界滑动面及其对应的最小安全系数。本方法通过随机搜索克服了大多数常规优化方法易陷入安全系数局部极小的问题。同时,本方法利用有限元法分析的应力和孔隙水压力结果,按有效应力法计算边坡安全系数,可分析施工过程中应力和孔隙水压力变化对边坡最小安全系数的影响。数值算例分析说明了所提出的确定边坡临界滑动面的方法的有效性和优越性。     

岩石边坡稳定性与支护的数值分析及综合比较

 断层或节理裂隙等不连续面的切割导致岩体具有二重性——连续性和不连续性。由于目前还没有一种能考虑岩体二重性的实用的分析方法,所以对岩石边坡进行稳定性研究时应采用多种方法进行综合比较。采用有限单元法(属于等效连续介质力学方法)和块体单元法(属于不连续介质力学方法),对瀑布沟加里俄呷料场高边坡进行稳定性分析及支护研究。根据2种方法计算结果的综合比较分析,得到对该边坡的稳定性和支护方案的认识。研究结果还表明：若节理连通率的影响仅用强度参数表达,而在计算网格中不予考虑,则有限单元法和块体单元法得到的结果规律一致,且量值相差不大;由于块体单元法完全通过节理体现岩体的变形,而有限单元法则可考虑岩块的变形,所以有限单元法得到的位移值、屈服区及锚杆应力比块体单元法稍大。     

不确定性岩石力学参数的区间反分析

考虑量测信息的不确定性，将岩石力学参数视为未知但有界的区间变量，建立了非线隆岩石力学参数的区间反分析模型。运用带约束的优化技术查变容差法求解反演模型，得出了不确定性力学参数的区间范围，研究了不同的量测精度和反演参数个数对反分析结果的影响，结论合乎规律，为实际工程分析提供了有价值的信息。     

岩石力学参数反分析的变分伴随方法研究

在岩土工程参数反分析中,针对梯度类优化方法中梯度向量计算量大且难以求解的问题,引入变分伴随向量,提出了岩石力学参数反分析的变分伴随方法,推导出梯度向量的显示计算公式,梯度向量能够一次性全部算出,计算方便快捷。最后通过数值算例,对比分析表明该方法的有效性。     

龙滩水电站左岸高边坡泥板岩体蠕变参数的智能反演

在综合分析龙滩左岸边坡泥板岩样室内蠕变试验资料和现场工程区域岩体风化程度、岩性和节理分布等特性的基础上,建立了龙滩左岸边坡泥板岩体的蠕变本构模型;采用均匀设计方法和三维显式有限差分法对72#试验洞三维地质概化模型进行了开挖模拟和蠕变计算;以72#试验洞的变形监测资料为目标,采用遗传–神经网络方法对泥板岩体的蠕变参数进行了智能反演分析,获取了岩体的蠕变参数。利用其进行正演计算,结果表明未用于反演的监测断面的实测位移值与相应断面的计算值在量值上相当,变形趋势上也基本相同。这表明所确定的龙滩水电站左岸高边坡泥板岩体蠕变本构与参数基本合理,同时说明进化神经网络演化有限差分方法在由小尺度岩石室内蠕变试验参数过渡到现场大尺度岩体蠕变参数的过程中起到了重要的桥梁作用。     

岩质边坡弹黏塑性计算参数位移反分析研究

 在引入复变量求导法的前提下,依据弹黏塑性有限元基本原理,采用牛顿–拉普拉斯变换迭代优化法来反算计算参数,运用Fortran语言编制弹黏塑性位移反分析程序,通过2个实例的验证,依据关键测点位移,既可反算强度参数又可反算流变参数,搜索效率高、计算准确,充分说明该方法在岩质边坡的参数反算中的可行性。     

田湾核电站引水隧洞边坡稳定性综合评价

首先对边坡工程地质情况进行分析，采用定性和定量方法综合判定边坡的稳定性，然后利用正交设计法得到影响边坡稳定性的显著因子，对边坡失稳的预测、预防具有重要意义。     

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。     

隔河岩水电站厂房后边坡与拱坝的相互作用研究

以边坡稳定性和坝体的应力校核为目的,分别建立边坡和坝体的数值模型;采用试算迭代的方法,对边坡和坝体的相互影响做出评价。分离同步建模和迭代试算联合使用,不仅节约建模时间,还可极大地降低建模的难度。为更好地模拟施工过程,反映坡体和坝体的应力和变形过程,在边坡开挖、卸荷、加固工况计算已完成的基础上进行坝体推力施加的分析;同时还考虑边坡上游面的水库水压力作用。分析结果表明,坝体与边坡的相互作用并不大,坝体推力对边坡位移的影响在坝肩周围30m范围内,该作用并不影响边坡和坝体的整体稳定。上述结论不仅可论证坝体设计的合理性,也为边坡和坝体的安全运营提供一定的参考。     

隔河岩坝基岩体在运行期的弹塑性力学参数反演

根据隔河岩大坝在运行期的实测位移，运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法反演了坝基岩的弹塑性力学参数，为进一步研究高水位作用对岩体力学参数的弱化机制及弱化程度、大坝在极限水位下的安全裕度以及建立大坝工作状态预测模型提供了科学依据。     

燕子垭高边坡危岩加固及稳定性分析

根据燕子垭高边坡危岩的实际情况,运用ANSYS软件对其加固前后的稳定性进行了有限元分析。程序中考虑了裂隙、孔隙水等因素对岩体整体稳定性的影响,并对加固前后岩体的应力、位移等方面进行了对比分析,为工程加固设计方案及其稳定性评价提供了理论依据。