基于MATLAB的ANN方法在桩基岩石强度预测中的应用

人工挖孔灌注桩广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、港口、码头等工程建设领域,对于高层建筑,此种方法应用的更为普遍。桩基岩石强度直接决定工程质量和安全。利用MATLAB软件提供的改进人工神经网络算法,调用PRESTD、POSTSTD、POSTREG函数进行样本处理和网络结果分析,建立数学分析模型。并且结合工程实例,对桩基岩石抗压强度进行预测。将预测结果与室内实验得到的抗压强度值及回归分析的预测值比较,得到良好的预测精度,有一定的实际应用价值。     

神经网络下能量桩桩基混凝土强度及导热预测

基于神经元网络理论，建立能量桩桩基混凝土抗压强度和导热系数的预测模型，设计16组不同配合比的桩基混凝土进行抗压和导热试验。根据试验结果，以石墨掺量、玄武岩纤维掺量、水胶比、玄武岩纤维长度作为输入参数，分别以混凝土抗压强度、导热系数作为模型的输出参数，建立两个4-9-1的BP神经网络模型。研究结果表明：基于BP神经网络模型的预测与试验结果误差在5%以内，预测精度较高，可以作为能量桩桩基混凝土配合比设计的参考。     

淮南矿区11–2煤顶板岩石单轴抗压强度预测模型构建

为了探寻煤系地层泥岩和砂岩类单轴抗压强度和弹性模量间的关系,对顾北煤矿11–2煤顶板岩石进行室内单轴压缩试验,得到120组数据。采用SPSS19.0专业数理统计软件,以单轴抗压强度为因变量、弹性模量为自变量,分别建立线性函数、对数函数、二次函数、三次函数、指数函数和幂函数6种回归模型。经回归方程显著性检验、回归系数显著性检验、回归方程拟合优度、D-W检验、共线性检验和回归方程残差正态性、随机性检验,获得预测岩石单轴抗压强度的一元二次非线性回归预测模型。应用该模型对淮南矿区张集煤矿和潘二煤矿11–2煤顶板岩石单轴抗压强度进行预测与验证,结果表明预测值与试验值相符,该非线性回归预测模型可用于同一煤系地层岩石力学参数的预测。     

基于单轴剪切破坏的岩石M–C准则参数反演分析

基于岩石单轴压缩试验中出现的不同剪切破坏形式,应用极限分析法推导出岩石单轴抗压强度与黏聚力及内摩擦角的关系式。结合矿区岩石单轴、三轴试验结果,验证以岩石M–C准则参数计算单轴抗压强度关系式的正确性,据此关系式获得的结果与试验结果差值在6%~10%之间。采用实例进行岩石黏聚力和内摩擦角的反演分析,以岩石实际单轴剪切破坏形式和试验结果为依据,两两结合联立计算得到岩石的黏聚力和内摩擦角。实例表明:基于单轴剪切破坏形式和单轴抗压强度值计算岩石黏聚力和内摩擦角的方法准确,具有实用价值,该关系式也揭示了岩石试样破坏类型与岩石力学参数间的内在关系。     

谈岩石点荷载强度与抗压强度关系的实际应用

通过对秦岭隧道实测岩石点荷载强度及饱和抗压强度数据探索性地进行相关分析，得到了较好的相关关系，并在工程实际中加以应用，主要阐述了点荷载强度与抗压强度的相关关系及在工程中的应用，并着重研究了其实际应用价值。     

嵌岩桩侧摩阻力的预测研究

对65根嵌岩桩轴向静载荷试验结果进行了对比分析,将嵌岩桩的试验结果以及收集到的文献试验数据形成实测数据库,与经验方法预测结果进行了比较。提出了嵌岩桩单位极限侧阻力的分段线性函数预测方法和平方根预测方法,线性分段函数预测方法取决于岩石类型和岩石无侧限抗压强度。     

基于组合权重–理想点法的应变型岩爆五因素预测分级

基于理想点法的基本理论,综合考虑了岩爆发生机理,选取围岩洞壁最大主应力与岩石单轴抗压强度的比值、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度与岩石单轴抗拉强度比值、岩石弹性能指数以及岩体完整性系数作为评判预测指标,通过层次分析法和熵权理论计算主客观权重,综合确定各个指标的权重系数,构建了应变型岩爆组合权重–理想点法预测分析模型。通过统计相关工程案例,利用模型进行工程实例分析,验证了该模型的可行性与适用性。基于岩爆预测分级模型,开发了相应程序,可以为类似工程岩爆预测与等级划分提供重要支撑。     

基于贝叶斯判别法的工程岩爆危险评估与预测

基于岩爆在工程中的特点和岩爆烈度分级预测理论,运用贝叶斯判别原理,确定了工程岩爆危险评估与预测的贝叶斯判别分析法。通过辨别对岩爆产生作用的因子,拣选了围岩最大切向地应力/岩石单轴抗压强度(σθ/σc),岩石单轴抗压强度/岩石单轴抗拉强度(σθ/σt),弹性能量指数(Wet)作为贝叶斯判别分析模型的判别因子,从而进行岩爆误判概率的计算与岩爆危险评估与预测。以贵州省江口至都格、江口至瓮安高速、杭瑞高速等公路工程实例作为学习样本,进行训练判别,通过与现场观测、聚类分析、人工神经网络方法(NN)的预测进行对比,结果发现与训练模型回判的结果一致,验证了贝叶斯判别准则的可行性与可靠性,其对岩爆危险的准确分级和预测,具有较高的工程应用价值。     

红砂岩抗压强度概率分布尺寸效应的试验研究

岩石抗压强度概率分布是否存在尺寸效应，对能否准确确定其概率分布以及得到正确的可靠度计算结果至关重要。对边长分别为80,120和160 mm的红砂岩立方体岩块进行压缩试验，研究结果表明：(1)岩石峰值抗压强度的概率分布类型服从正态分布，且分布类型不会随着尺寸的变化而变化。(2)岩石抗压强度平均值和标准差的点估计值、区间估计值和反证法表明平均值和标准差均存在明显的尺寸效应，当尺寸从80 mm增加到160 mm时，平均值从56.64MPa减小至51.14MPa，标准差则从14.33MPa减小至3.96MPa，其中标准差的降幅更为显著。(3)以尺寸为160mm的柱础为例进行可靠度分析，不同尺寸下的概率分布对可靠度计算结果影响很大，80mm尺寸下概率分布得到的失效概率为11.00%,160mm尺寸下概率分布得到的失效概率为0.12%，前者结果是后者的91.67倍，此外，如果仅考虑平均值的尺寸效应而忽略标准差的尺寸效应则会得到与实际情况相反的结论。因此，在实际工程中应重视岩石抗压强度概率分布的尺寸效应问题。     

岩石破碎功、坚固性系数、强度关系的实验研究

为了探索岩石突出等地下工程灾害中的岩石破碎功能关系,以岩石破碎理论为基础,进行了不同岩石的破碎和坚固性捣碎实验、破碎粒度筛分分级实验、岩石单轴抗压强度实验。通过对不同岩石的坚固性系数与破碎比功和单轴抗压强度等实验结果进行了回归,分析了三者之间的关系。研究表明,岩石坚固性系数与岩石破碎比功、岩石单轴抗压强度之间线性相关,同时验证了岩石破碎功能关系符合裂纹学说。实验结果对计算岩石动力灾害中的岩石破碎所需能量提供了实验基础和理论依据。     

两种岩石试件的“超声–回弹–密度”综合筛选法研究

为了尽量减少室内岩石力学试验结果的离散性,综合应用现有的无损检测技术,基于Hertz接触理论与能量守恒定律,从回弹法检测原理出发,研究"超声–回弹–密度"综合筛选法预测岩石强度的理论机制,建立岩石单轴抗压强度与密度、纵波波速、回弹值的多元回归模型;并结合地层CT扫描技术,提出现场岩体预测强度的方法。通过花岗岩、砂岩的无损检测试验,采用提出的模型获得2种岩石的预测抗压强度,与室内单轴压缩试验结果对比:预测强度的误差分别为-2.53%~2.06%,-3.09%~4.84%,2个拟合公式的相关系数均大于0.9。该方法的精确程度比以往的强度预测经验公式更高,可为不同工况下岩石分组提供参考依据,经过分组的岩样其强度预测误差可控制在±5%以内。     

重庆市较新轻轨线岩石变形的实验研究

通过室内实验对重庆市轻轨较新线地基岩石的变形进行了实验研究，分析了地基岩石抗压强度与变形模量和岩石中含砂量，含泥质条纹和结构颗粒与泊松比之间的相关关系，得到了一些有益的结论，为较新轻轨线地基基础的设计提供了科学依据。     

胜坨油田岩石三轴抗压强度的多元回归分析

针对胜坨油田高含水期出砂严重的实际情况，对该油田的储层砂岩进行了岩芯三轴抗压强度试验，获得了可靠的试验数据。通过对测井数据和岩芯试验数据分析比较，选择了几个与岩石三轴抗压强度密切相关的数据作变量，通过不断引入重要变量、检验旧变量和剔除不重要变量的方法，进行多元逐步回归分析，建立了岩石三轴抗压强度与井深、岩石密度、孔隙度、声波时差、杨氏模量等数据的回归关系式，用于现场计算地层岩石三轴抗压强度和指导防砂、压裂等油田开发措施的实施。     

基于未确知测度–直觉模糊集的岩爆烈度预测研究

岩爆是深部地下工程主要安全隐患之一,为了有效处理岩爆烈度预测过程中的模糊信息,建立基于未确知测度-直觉模糊集的岩爆烈度预测模型。选取岩石的单轴抗压强度σ_c、岩石的压拉比σ_c/σ_t、岩石的应力系数σ_θ/σ_c、岩石的弹性变形指数W_(et)、岩体的完整性系数K_v为岩爆预测指标。首先利用未确知测度的单指标测度函数处理岩爆指标测度值,得到基于直觉模糊集的指标模糊隶属度,并构建单指标直觉模糊集评价矩阵。然后综合多种主、客观赋权法,构建多源权重的直觉模糊集权重向量,从而获得样本的得分值与岩爆烈度等级。最后,基于直觉模糊集对指标权重模糊性进行分析,得到指标权重变化对岩爆预测结果的影响。将模型应用于20组国内外典型岩爆案例,并将预测结果与实际岩爆情况及其他3种模型的结果对比。研究结果表明,基于未确知测度-直觉模糊集的岩爆烈度预测模型的预测结果与实际情况吻合,指标权重波动敏感性与权重大小无关。该模型提高了岩爆预测的模糊信息表示能力,降低了样本质量对岩爆预测模型的影响。     

桩基设计方法

本文提出了桩基强度和桩的沉降计算方法,指出不能用岩石单轴抗压强度会计算桩基强度,提出了桩基的设计原则和桩的允许沉降值,特别提到了在软土中桩的负摩擦和侧移问题。     

南京江宁某场地泥质粉砂岩载荷试验分析

岩石地基作为建筑物桩基持力层是工程设计的重要参数之一,其直接影响着主体结构的安全性、稳定性及经济性。以南京江宁某工程的岩石单轴抗压强度与现场基岩载荷试验为例,对比分析了南京江宁地区极软岩地基承载力的取值,探讨确定软质岩承载力特征值的合理有效的方法。     

红层岩石微观特性与抗压强度关系试验研究

岩石的微观特性对其宏观力学性质具有重要影响,目前关于红层岩石微观结构与抗压强度的定量关系尚缺乏系统的研究。本文对四川屏山县红层岩石取样进行了单轴压缩试验,利用偏光显微镜和扫描电镜对其微观特性进行了观察。通过对红层砂岩、粉砂岩、泥岩的单轴抗压强度和微观特性的试验分析与对比,得出了红层岩石单轴抗压强度与矿物成分、矿物含量、胶结物类型等微观特性之间的一些函数关系。试验结果表明:石英和粘土矿物的含量对红层岩石的单轴抗压强度影响最大。石英含量与红层岩石单轴抗压强度呈现正相关,粘土矿物含量与红层岩石单轴抗压强度呈负相关。当矿物含量基本相同时,岩石内颗粒分布均匀的岩石单轴抗压强度明显高于颗粒分布不均匀的岩石。     

岩石地基承载力的确定

通过分析和总结目前常用的几种确定岩石地基承载力的方法与计算公式，提出采用以天然湿度条件下岩石的单轴抗压强度，作为岩石地基极限承载力的标准值，并考虑裂隙与基岩表面坡度的影响，使扩展基础的岩石地基承载力与嵌岩桩桩基的端阻力得到合理的协调。     

野猫井岩石可钻性钻前预测方法研究

岩石可钻性是石油钻井中钻头优选、钻进参数制定的重要依据，岩石可钻性钻前预测对于提高深井、超深井钻井效率，降低钻井综合成本具有重要意义。目前，国内外关于新探区野猫井的岩石可钻性钻前预测方面的研究很少。现有评价方法不能满足对缺少测井资料和岩心资料的野猫井的岩石可钻性进行钻前预测的需要。因此，在相似构造选择的基础上，提出了一种对野猫井岩石可钻性进行钻前预测的方法。该方法首先应用已钻相似构造井的地震资料、测井资料以及岩心测试资料，建立岩石可钻性钻前预测遗传神经网络模型，然后将神经网络与遗传算法有机结合起来，以神经网络理论为基础，利用遗传算法优化隐含层神经元个数和网络连接权值，最后利用野猫井的地震资料进行岩石可钻性钻前预测。应用该方法对新疆油田MXI井的岩石可钻性进行了钻前预测，预测结果与测井资料评价结果相比，平均相对误差为9．8％。比较结果表明，该方法具有较高的预测精度，是合理的。     

探究岩石抗压强度的影响因素及试件破坏形态

影响岩石抗压强度的因素众多,其与自身物理力学性质有着极大相关性。由于岩石矿物组成成分不同、胶结物不同、内部裂隙及层理不同,均可能导致岩石抗压强度不同。本文着重对岩石抗压强度试验中,人为或试验设备等外部因素对其强度的影响进行归纳与分析。已有大量试验证明,不同的试件尺寸与形状、相对比例、加载速率及端部效应等会对岩石抗压强度产生不同程度的影响,试验机刚度较低、围压腔体渗漏、试件崩解等会造成岩石抗压强度的差异。此外,通过岩石单轴和三轴抗压强度试验验证了三种典型的岩石破坏模式,并讨论了其破坏机理。