高围压高水压条件下大理岩断口微观机理分析与试验研究

为了探讨高围压高水压对大理岩变形、强度、脆–塑转化特性及破坏断裂损伤劣化的影响,取锦屏二级水电站引水隧洞大理岩分别进行高水压、高围压、低围压作用下全应力–应变过程三轴压缩对比试验,然后,对大理岩破坏断裂断口进行微观电镜扫描试验,分析不同工况条件下大理岩断口微观形貌特征。试验结果表明,在低围压作用下莫尔强度包络线近似为线性的,在高围压作用下莫尔强度包络线是非线性的。高水压力的存在抑制岩石脆性向塑性的发展,降低岩石的强度,同时对软化区裂纹的扩展、贯通起到加剧作用。通过微观数字图像试验分析发现,高围压条件下大理岩断口裂纹长度小、密度大、分布相对均匀,给出高水压高围压作用下岩石破裂产生的微观损伤力学机理,为进一步分析高围压高内外水压条件下非圆形洞室围岩失稳破坏机理提供了可靠的试验依据。     

堤防失事风险分析和风险管理研究

基于堤防渗透破坏和岸坡滑动失稳风险的数学模型，提出了场地砂土地震液化和堤防失事综合风险分析的数学模型，以及堤防风险管理的概念；以南京市板桥河左岸堤防加固工程为例，应用风险分析理论和方法对该段堤防渗透破坏风险、岸坡滑动失稳风险、场地砂土地震液化风险以及堤防失事综合风险进行了分析研究；通过1995年板桥河左岸堤防典型破圩实例建立整个板桥河堤防渗透破坏风险率监界值、岸坡滑动失稳风险率临界值以及堤防失事综合风险率临界值；同时基于风险分析的结果和所建立的风险率临界值，根据风险管理的理论，针对板桥河左岸堤防加固工程提出降低风险的措施，对堤防汛期洪水位运行管理提出建议。其理论、方法、思路和结论可供同类工程借鉴。     

岩石损伤统计本构模型的研究

基于概率论和损伤力学对岩石在荷载作用下的破坏，损伤和弹塑性变形等特征进行了探讨，建立了弹塑性损伤统计本构模型。在损伤演化方程中全部采用有效应力，并能反映岩石剩余强度，与试验结果的比较显示了该模型的合理性。     

节理剪切过程中锚杆的变形分析

当锚杆与砂浆的粘结未破坏时，以指数曲线来描述锚杆的侧剪应力分布；而对于锚杆与砂浆的粘结遭到破坏的区段，采用抛物线来拟合。给出了粘结破坏和未破坏两种情况下锚杆的轴应力-轴位移关系，提出利用锚杆拉拔实验数据来反演确定计算中所用到的参数。并在缺少实验数据的情况下，给出了一些参数的估计方法。根据岩石是否遭到挤压破坏，分别给出了锚杆的横向剪应力与横向位移的关系式，分析了剪切过程中锚杆加固节理的剪应力-剪位移关系，讨论了对锚固节理剪切变形刚度有重要影响的一些参数。分析表明．高的岩石单轴抗乐强度、较大的锚固面积比有助于提高锚固节理的剪切刚度。分析还表明，倾斜锚杆加固的节理比垂直锚杆的剪切刚度更大，倾斜锚杆以较小的剪切位移调动了更大的剪切阻力；倾斜锚杆加固的节理抗剪强度比垂直锚杆大，提高锚固面积比能显著提高节理抗剪强度。     

考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型研究

基于岩石的应变强度理论和岩石强度的随机统计分布假设,采用损伤力学理论,考虑微元体破坏及弹性模量与尺寸之间的非线性关系,建立了单轴压缩下考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型。然后采用伺服试验机对不同尺寸大理岩石进行了单轴压缩试验研究,得到了不同尺寸大理岩样试验结果;讨论了材料力学参数与尺寸之间的关系,给出了考虑尺寸效应的岩石损伤统计本构模型参数。预测的不同尺寸岩石理论曲线和试验结果相比较,显示了所建模型的合理性。最后探讨了岩石尺寸对损伤特性的演化规律。     

基于三维弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析

 综合考虑岩体物理参数的不确定性,针对常规敏感性分析方法所存在的不足,提出基于弹塑性有限元的洞室稳定性参数敏感性灰关联分析方法,并确定点安全系数为考核指标,确定岩体弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等强度参数为敏感性影响参数。以金沙江两家人水电站地下厂房区洞室为例,对开挖后的地下洞室典型断面点安全系数的诸多影响参数进行敏感性分析,结果表明：不同的影响参数变化对洞室稳定的点安全系数影响有差异,因洞室开挖后,拱顶或边墙处于临空状态,而拐角点受洞壁约束更大,所以洞室拐角点安全系数比临近拱顶或边墙节点要大。点安全系数的敏感度是考虑综合影响参数的结果,采用灰关联分析方法分析表明,对地下厂房洞室典型断面点安全系数影响程度最大的为黏聚力和内摩擦角,其次为弹性模量和泊松比。从而克服了单因素常规参数敏感性分析的局限性,使得影响参数对点安全系数影响的灵敏程度排序得到统一,并与数力学分析结论一致,得到很好验证,为洞室稳定性支护材料的选取提供指导作用,对黏聚力和内摩擦角的要求应更加重视。     

岩石力学性态预测的PSO-SVM模型

 传统的固体力学方法在描述岩石的各种地质因素与其力学性态之间的复杂非线性关系时存在困难。引入粒子群算法(PSO)对支持向量机(SVM)进行优化,提出岩石力学性态预测的粒子群优化支持向量机模型(PSO-SVM)。该模型利用SVM来建立岩石地质因素与力学性态之间的非线性关系;同时利用PSO对SVM参数进行全局寻优,避免人为选择参数的盲目性,从而提高模型的预测精度。将PSO-SVM应用到岩石压缩系数的预测中,并与传统的BP神经网络(BP-NN)进行对比分析。结果显示,PSO-SVM的预测精度较BP-NN有较大的提高,从而表明PSO-SVM在岩石力学性态预测中的可行性和有效性。     

岩石高边坡安全监测数据的小波变换去噪处理

 把小波变换模极大值去噪法和小波变换阀值去噪法应用于noissin模拟噪声信号和某水电站岩石高边坡安全监测资料,根据信号和噪声在小波变换各尺度上的不同传播特性,剔除由噪声产生的模极大值点,保留信号所对应的模极大值点,利用剩余模极大值点重构小波系数,恢复原有监测信号。并通过信噪比、去噪信号能量比、去噪信号与原信号标准差三个性能指标,比较二者的去噪性能。实例应用表明,小波变换模极大值去噪法能够更有效地去除噪音突变信号,保留原始有用信号的突变点,重构信号能够更光滑地重现原始信号,比小波变换阀值去噪法性能更佳,具有更好的实际应用价值。     

锦屏一级水电站左岸边坡稳定综合预报研究

 在总结国内外有关滑(边)坡预测预报成果的基础上,对其适用性及使用条件进行深入研究。针对锦屏一级水电站左岸高边坡的边坡类型、边坡特征、变形特点和变形机制,在监测成果的基础上,对其进行综合预报,空间上判断左岸拱肩边坡由断层F5,f42–9、深部裂缝SL44–1及煌斑岩脉X互相组合,形成可能边坡失稳块体的边界条件、楔型体滑移失稳模式;时间上采用统计模型及非线性模型多种方法联合预报,根据边坡变形时序曲线的形态及变形速率指出：边坡目前处在缓慢蠕动至匀速变形阶段,变形速率小于0.05 mm/d。设计出适合锦屏一级水电站边坡的综合预测预报模型,初步给定边坡4项预警临界值,为边坡开挖工作的顺利开展提供科学的依据。     

白鹤滩水电站拱坝及坝肩加固效果分析及整体 安全度评价

 白鹤滩水电站拱坝左侧坝肩断层及层间、层内错动带发育,拱推力作用下易发生剪切变形。坝基柱状节理层发育,变形模量等力学指标相对较低,表现出显著的各向异性力学特性。由于以上地质缺陷的影响,设计采取沿拱推力方向设置抗剪洞及扩挖坝基处柱状节理层岩体设置垫座的工程处理措施,以期对坝肩、坝基岩体的抗剪、传力等进行改善。采用三维非线性数值分析方法,根据实际地质信息建立三维数值模型,模拟白鹤滩中坝址主要地质现象及相关工程措施,通过坝肩、坝基岩体及坝体的应力、位移对比,定量分析主要地质缺陷的影响以及工程处理措施的效果。采用超载法、强度折减法及点安全系数法评价下坝线拱坝的安全度,为该水电站坝线比选提供技术依据和科研成果支撑。