Non-complete relief method for measuring surface stresses in surrounding rocks

The measurement of surface stresses in surrounding rocks with the use of a relief method of annular hole-drilling was studied by numerical analysis. The stress relief process by hole-drilling was then simulated with the use of finite element method. The influences of the borehole diameter（d）, the initial stresses and the ratio of the initial principle stresses on the variations of the remained stress and the released stress in function of the relief depth（h） were discussed. The relation between the non-dimensional ratio of the released principle strains and that of the initial principle stresses, and the effect of the elastic modulus and the Poisson ratio of the rock mass on the stress relief curves were studied. The results show that the stress relief behavior formulated with the non-dimensional ratio of the released stress and the ratio of h/d is only sensitive to the ratio of the initial principle stresses and the Poisson ratio. The stresses are completely released when h equals 1.6d, and the tensile stresses take place on the bore core surface in the relief measurement process. Finally, a non-complete relief method of annular hole-drilling for measuring surface stress in surrounding rocks is proposed and the procedure is presented.     

人工神经网络方法辨识岩体力学参数的可辨识性及其稳定性探讨

探讨了以巷道围岩变形观测为依据 ,用神经网络反推岩体物理力学性质和初始地应力环境参数时各参数的可辨识性 ,以及参数辨识的稳定性。找出了待辨识参数个数与所需最少巷道变形观测项目数之间的关系 ,并给出了巷道围岩变形观测项目选择的建议     

煤层底板抗压入特性分析的人工神经网络方法

应用神经网络系统理论，提出了煤层底板抗压入特性分析的新方法，从工程实例中学习分析知识并进行推广，对新的煤层底板抗压入能力进行合理的估价。实验结果表明，该方法科学、可靠，具有很强的自学习、非线性动态处理的能力。     

蠕变试验中黏弹组合模型参数确定方法的探讨

黏弹性组合模型由于其概念简单，在岩土工程领域已经得到广泛的应用。这类模型及其参数通常是由一维蠕变试验得到，再根据一些常用假设，如常泊松比假设、常体积模量假设等，被应用于三维工程。但由于模型的参数在蠕变试验与工程应用时选取往往不同，而参数的变换关系通常并没有被明确提出，特别是黏性参数也需相应地发生变化的这一事实，则经常被忽视。根据上述两种常用假设下的三维蠕变方程，利用一维蠕变应力特点，间接得到一维蠕变方程，从理论上明确地体现出这两种假设下材料的不同蠕变方程。在此基础上，建议黏弹组合模型参数的确定方法。然后，采用岩土工程领域中广泛使用的广义Kelvin模型来进行说明，对比不考虑任何假设的常规方式下的参数选取，给出该模型在两种不同假设情况下的变换关系。最后，通过算例验证该变换关系。     

岩石应力–水力–化学耦合过程研究进展

首先介绍国际合作DECOVALEX计划的概况和研究进展，阐述中国参加该合作计划研究的必要性和重要意义。对国内外在岩石应力–水力–化学耦合过程方面的主要研究进展进行简略概述，并重点总结了DECOVALEX计划Task_B及中国科学院武汉岩土力学研究所的研究课题组所取得的主要研究进展，包括：(1) 开展了岩石应力–化学耦合条件下的单轴、三轴压缩试验、细观力学试验和CT扫描试验的系统研究和分析；(2) 建立了岩石破裂过程的弹塑性和应力–渗流耦合细胞自动机模型，并用于对岩石声发射活动的Kaiser效应、II类曲线的形成机制以及孔隙水压力对岩石力学性质的影响规律和细观机制进行了模拟分析等。上述研究成果对于岩石应力–水力–化学耦合过程研究起到了积极的推进作用。     

不同开挖方式下深埋隧洞微震特性与岩爆风险分析

在分析钻爆法和TBM法开挖下围岩应力状态的基础上,基于锦屏二级水电站深埋隧洞微震监测数据,对比研究了钻爆法和TBM法开挖条件下深埋隧洞的微震特性及岩爆风险。结果表明:1钻爆法开挖引起的围岩应力集中距洞壁较远,形成的应力梯度较小;而TBM法开挖引起的围岩应力集中临近洞壁,形成的应力梯度较大。2钻爆法开挖时围岩应变能主要集中在爆破后数小时,尤其是在1 h内释放,而TBM法以连续的方式开挖卸载,剧烈的能量释放伴随着施工全过程。3TBM法开挖导致的事件震级及震源破裂尺度均比钻爆法开挖引起的大。4钻爆法开挖时,围岩积聚的应变能大多以岩体破裂的形式耗散,以岩爆形式显现的较少;而TBM法开挖时,围岩应变能常逐次释放,导致事件频繁发生,而且部分应变能以岩爆形式显现,一般地,同一小范围内常多次发生轻微岩爆,高等级岩爆孕育过程中常伴有低等级岩爆,如中等岩爆发生前伴有轻微岩爆,强烈岩爆孕育过程中伴有轻微和(或)中等岩爆,以此类推。综合上述研究结果认为,在具有强岩爆风险的深埋隧洞中,就防治岩爆而言,钻爆法优于TBM法。     

深埋隧洞TBM掘进微震与岩爆活动规律研究

以锦屏二级水电站TBM开挖的深埋隧洞为工程背景,基于微震监测数据和岩爆实例,研究了深埋隧洞TBM掘进过程中微震与岩爆时空分布特征及岩爆孕育过程微震演化规律。结果表明:(1)微震活跃期和岩爆高发期处于TBM作业时段及停机后的1 h以内;微震活动范围主要介于掌子面后方3倍洞径至前方0.4倍洞径之间,其峰值位于掌子面后方0.8倍洞径附近;而岩爆主要发生在掌子面后方2倍洞径以内,尤其是掌子面后方1倍洞径以内是岩爆高发区;可见,微震与岩爆具有良好的时空相关性。(2)在时间序列上,微震能突增现象,以及累积视体积快速上升而Schmidt数急剧下降的现象均属微震活动异常,属岩爆前兆。(3)在空间序列上,微震事件逐渐向某个区域高度集结且大震级高能量事件不断增多的现象属微震活动异常,预示高岩爆风险,属岩爆前兆。     

深埋隧洞TBM施工过程围岩损伤演化声发射试验

锦屏二级水电站深埋引水隧洞处于西南高应力区,地质条件复杂,岩爆、突水、塌方等工程地质灾害突出,掌握TBM开挖围岩损伤演化规律,设计有效的支护方案防治TBM施工过程地质灾害的发生是非常重要的。为此,开展TBM施工过程中声发射监测试验,研究TBM开挖过程中围岩损伤的演化规律。试验结果表明:沿洞轴线方向,TBM开挖时掌子面前约10m的范围内围岩已受到不同程度的损伤,TBM开挖后围岩损伤破裂主要集中在掌子面后7m的范围内,其中以掌子面后3m时为最;沿洞径方向,围岩受损伤的范围约9m,根据损伤程度的不同,划分为松动区、损伤区和扰动区,依次为距洞壁3,3～9和9～22m的范围。从力学的角度揭示损伤演化的机制和松动区、损伤区和扰动区划分的依据,为支护措施设计与支护时机的选取提供科学依据。分析讨论传感器选取、传感器布置、现场噪音及地质条件等各种因素对围岩损伤结果的影响及进一步发展和研究的方向。     

基于集合卡尔曼滤波的岩土力学参数动态估计

 针对非确定性过程，引入集合卡尔曼滤波(EnKF)理论，视岩土变形体为一个随机动态系统，将位移观测值作为系统的输出，用集合卡尔曼滤波模型来描述系统的状态；进一步耦合数值分析方法实现岩土力学参数的随机动态估计，在有效地获得待估参数的同时还给出估计值的不确定性。通过数值算例表明，集合卡尔曼滤波可以有效地对含噪声的量测数据进行处理，能够跟踪岩土力学行为的动态变化。对比于常用最优化算法，集合卡尔曼滤波同时给出反演结果和先验知识的后验分布，显示出更好的实时性和可靠性。