基于神经网络的岩体渗透系数反演方法及其工程应用

基于人工神经网络方法，根据岩体渗流场的水头观测数据的注水试验先验信息，建立了一种含水层参数识别数值方法。介绍了采用神经网络方法反演混凝土大坝岩石基础和混凝土帷幕渗透系数的工程实例。工程实际应用表明，所提出的反演方法得到的渗透系数代入到有限元模型，水头预报值具有比较高的精度。     

岩体渗透系数反演的遗传模拟退火方法及其在边坡工程中的应用

基于岩体内地下水渗流的数学模型,根据观测信息采用反演的方法确定岩体的渗透系数。将遗传算法和模拟退火算法相结合,建立遗传模拟退火算法以保证反演结果的全局最优性并提高收敛速度。结合边坡工程实例检验了所提出反演方法的有效性。     

复合形优化方法在石刻岩体渗流反演分析中的应用

岩体渗流反演分析可利用最优化方法来寻找一组反映客观岩体渗流的参数,其实质是求解带约束的最优化问题,而复合形是解决带约束条件的非线性规划问题的—种比较简单、且易于实现的优化方法,文章介绍了将它与岩体渗流有限元数值分析相结合的岩体渗流反演方法的基本原理及过程,并利用这种方法在大足县顶山石刻岩体渗流中得到应用。通过反演分析表明,宝顶山石刻区上层渗流介质的渗透系数为1.0014m d,降雨入渗量为1.0988×10-4m d,下层渗流介质的水平向渗透系数为44.994m d,竖向渗透系数为2.9472m d,具有明显的各向异性,计算结果符合实际。     

南湾水库坝基顺河断层带渗流稳定性研究

根据南湾水库的蓄水和地质、结构特点,对其坝基顺河断层带进行渗流稳定性研究.根据南湾水库工程大坝浸润线和基岩等水位线图进行坝址区渗流域渗流场反演分析,确定岩体的实际渗透系数.运用二维有限元分析等方法评价,预测水库现状水位和未来高水位各运行工况下坝基渗流场的渗透稳定性.计算分析表明,有限元法计算的断层带最大水力坡降小于断层带允许坡降不会产生渗透变形.     

大柳树水利枢纽坝区松动岩体的水力学特性

黄河大柳树水利枢纽坝区岩体大范围发生了松动,确定其水力学特性指标并进行渗流分析具有重要的现实意义。首先,根据坝区两岸众多平硐和过河平硐资料,统计出两岸和坝基岩体的优势节理裂隙组参数分布,采用等效连续介质渗流理论,求出两岸和坝基岩体的渗透系数张量;然后依据坝区左岸固结灌浆试验(包括压水试验)资料和过河平硐实测渗水量资料,对渗透系数张量进行修正;最后,进行3个重要断面的渗流分析。可以看出：坝区工程范围内岩体渗透性很强,渗透系数张量量级达10^-5～10^-4m/s;绕坝渗流量大,帷幕灌浆工程量大。     

裂隙岩体基渗流分析

裂隙岩体坝基渗流分析成果是进行大坝工程设计的重要依据之一。采用非连续介质的裂隙网络渗流原理对裂隙岩体坝基进行渗流分析 ,计算工况包括设置灌浆帷幕和排水孔与否及其组合共四种情况。由计算结果可以看出 ,坝基总渗流量主要由灌浆帷幕的质量和帷幕区的渗透系数决定 ,坝基排水孔在排出渗水和降低渗透压力方面起到极其重要的作用。     

裂隙岩体坝基渗流分析

裂隙岩体坝基渗流分析成果是进行大坝工程设计的重要依据之一。采用非连续介质的裂隙网络渗流原理对裂隙岩体坝基进行渗流分析,计算工况包括设置灌浆帷幕和排水孔与否及其组合共四种情况。由计算结果可以看出,坝基总渗流量主要由灌浆帷幕的质量和帷幕区的渗透系数决定,坝基排水孔在排出渗水和降低渗透压力方面起到极其重要的作用。     

基于非稳定渗流过程的岩体渗透特性反演分析

 考虑岩土体渗流场在工程施工及运行过程中的动态特征,依据水头和流量2类测点的实测时间序列数据,建立基于正交设计、非稳定渗流正分析、BP神经网络和遗传算法相结合的非稳定渗流场反演分析方法,在一定程度上体现了多目标优化、全过程反演的特点,较好地解决了岩体渗透系数反分析的唯一性与可靠性问题。为了避免在反问题中由于利用水头和流量2种类型观测资料所带来的量纲问题,将水头和流量时间序列数据误差项归一化后构造量纲一化的目标函数,并在目标函数中引入权系数w,从而避免寻优时某一类型观测信息占优。针对长河坝水电站基坑施工期涌水问题,根据施工期各渗压计、基坑渗漏量实测时间序列资料和上游河水变化过程曲线,采用上述方法反演了坝基岩土体的渗透系数。反演分析结果表明：渗压、流量测点的实测和计算时间序列数据吻合较好,反演给出的各岩土体渗透系数与现场钻孔压水试验得到的岩体渗透特性分级相符,从而论证了该反演分析方法的可行性和反演结果的可靠性。研究结果为进一步评价大坝正常蓄水后坝基防渗体系的有效性提供了依据。     

恰让水库坝基渗漏量模拟和影响因素分析

水库坝基的渗漏问题一直是影响水库大坝稳定性的主要问题之一,因此确定渗漏位置与计算渗漏量尤其重要。本文以恰让水库为例,采用数值方法计算了坝基的地下水位和渗漏量,并与实测水位和渗漏量进行拟合,反演得到坝基岩体和断层的渗透系数。基于反演的渗透系数,考虑了增加帷幕深度、部分断层灌浆以减少渗透系数的方法,对坝基渗漏量进行了预测。计算结果表明,左岸渗漏量约占总渗漏量的40%,而右岸为60%,因此大坝右岸为主要渗漏量来源,其中通过F2断层和F17断层的渗漏量约占总渗漏量的26%和11%,因此这两条断层为坝基处主要的渗流通道。水库蓄水位的大小、帷幕的渗透性以及断层的存在都对坝基的渗漏量有影响,其中顺河向断层的影响较大。     

李家峡大坝6号坝段坝基扬压力异常成因综合分析

针对李家峡大坝6号坝段坝基扬压力产生异常的现象,建立了该坝及坝基的三维渗流有限元模型。详细介绍了模型中防渗帷幕及坝基、坝体排水孔模拟的方法,并且利用人工神经网络反演了岩体的渗透系数张量,对坝基进行了渗流有限元分析,分析不同防渗、排水以及基岩地质条件下的坝基渗流场,评估了各种因素对坝基渗流场的影响,结合坝基钻孔取芯、水质分析等试验成果,分析了扬压力异常的物理成因。研究结果表明,引起扬压力异常的原因是防渗帷幕局部存在缺陷,且帷幕前浅部岩层存在强透水带。建议对右岸6号坝段坝基进行灌浆处理,以阻断渗漏通道,提高防渗帷幕的阻水效果,并加强对渗水的抽排工作,以有效地降低扬压力。     

改进遗传神经网络的大坝渗流监测模型

在对遗传算法的适应度函数改进并修改选择方法的基础上,用改进的遗传算法优化BP神经网络权值,提出一种改进遗传神经网络的大坝渗流监测模型。结合实例分析表明:预测模型合理,训练精度与检测性能得到提高。     

裂隙岩体渗流模拟的三维离散裂隙网络数值模型(Ⅰ)：裂隙网络的随机生成

对于裂隙岩体中的渗流来说，离散裂隙网络模型比等效连续体模型更能刻画其基本规律。发展了用于模拟裂隙岩体渗流的三维离散裂隙网络数值模型，并编制了裂隙岩体渗流模拟程序FracFlow。该模型可以利用野外露头上采集到的裂隙的观测数据，通过计算机处理最终形成三维裂隙网络的人工几何模型，然后用边界元法求解所生成的裂隙网络中的渗流问题。在此第一部分中，介绍了利用计算机随机生成三维裂隙网络的详细过程，然后利用算例校核了程序的正确性。     

地电场作用下煤中甲烷气体渗流性质的实验研究

针对地球物理场中地电场对煤层瓦斯渗流性质的影响，在实验室采用三轴渗流实验装置和电场实施装置，研究了电场作用下煤中甲烷气体的渗流性质。实验结果表明：(1)加电场后，甲烷气体渗流速度比无电场时要大，并且渗流速度随甲烷气体压力梯度增大成线性增加；(2)加电场后，煤中甲烷气体渗流量随电压(电场强度)升高近似成线性增大：(3)煤化程度越高的煤导电性越好，且甲烷气体在煤中的电动效应越明显；(4)同时，加电场后，煤的等效渗透系数可表达成ke=k(1 βE)。此项实验研究探索为电场作用下的煤层中瓦斯渗流及运移规律的进一步研究奠定基础。     

溪洛渡水电站坝区初始地应力场反演分析研究

初始地应力是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一。由实测地应力资料反演初始地应力场的方法很多，且各有优势。根据溪洛渡水电站工程坝区地应力的实测资料，采用有限单元法，结合多元线性回归方法、神经网络方法和遗传算法，分别反演求得整个坝区的初始地应力场。比较发现3种方法反演计算的结果非常接近，且均能模拟实际地应力场的分布规律。进一步的分析结果表明，由于溪洛渡水电站工程坝区在天然情况下岩体的屈服范围很小，坝区初始地应力场的非线性特征不明显，故线性回归分析方法即可满足要求。同时，研究还表明，在结果均能满足要求的前提下，回归分析方法与神经网络方法和遗传算法相比具有更方便快捷、易于掌握、唯一解的优势。     

STUDY ON GENETIC-NEURAL NETWORK METHOD OF DISPLACEMENT BACK ANALYSIS

An evolutionary neural network method for displaceme nt back analysis is proposed by combining the neural network and genetic algorit hm. The samples produced in orthogonal experiment are used to train the neural n etwork whose architecture is determined in global optimum by genetic algorithm. Thus, the neural network with optimal architecture trained by optimal prediction algorithm is used to describe the relationship between the rock mechanical para meters and displacements produced due to excavation. Then genetic algorithm is a dopted again to search the optimal rock mechanical parameters in their globa l ranges. As an example, a back analysis for elastic problem is introduced. The results are satisfactory.     

基于地下水渗流中地电场响应的矿井 水害预警试验研究

 通过建立渗流–电测模型,在渗流过程中采用网络并行电法仪进行时空域地电场参数试验,首次取得渗流中地电场参数的空间瞬态响应。以电位、电流等时线和视电阻率等时面特征为依据,发现渗流过程中自然电场在时空域均表现为上升趋势,自然电位等时线的极值点指示渗流位置,并具有超前感应能力。激励一次场电压、电流可以精确确定渗流液面与渗流速度,适合于非均匀地质体渗流规律的研究。实时视电阻率图像具备跟踪识别渗流区域和相对水量变化的能力,随着视电阻率变低,地下水渗流趋向饱和。通过对五沟煤矿的实际地电场监测,提前2 d成功预报了1013工作面底板出水,巷道自然电位极值点指示出水位置,视电阻率等时面指示出水水源层位。采用井下地电场的空间同步监测技术,可用来进行煤层底板水害的实时监测研究,在矿井突水灾害防治中具有应用前景。     

位移反分析的进化神经网络方法研究

将人工神经与遗传算法相结合,提出了一种用于位移反分析的进化神经网络方法,这种方法基于正交试验获得的样本进行学习,用遗传算法搜索最优的神经网络结构,并用最佳推广预测学习算法训练此网络,以此训练好的网络描述岩体（土）的力学参数与岩体位移是非线性关系,再应用遗传算法从全局空间上搜索,进行岩体力学参数的最优辩识。作为例子,文中给出了弹性问题的反分析,结果是令人满意的。     

复杂边界条件下的岩体网络渗流分析

初步建立了适用于岩体网络渗流分析的防渗帷幕和排水孔幕模拟方法,提出复杂边界条件下渗流分析的边界预调整法,并通过算例表明所提方法是合理有效的。