土体流变特性与基坑支护的监控量测

本文结合浦东新区某工程的基坑开挖，研究土体的流变特性及其在基坑支护监控量测中的应用。采用最小二乘法原理将实测位移一时间曲线拟合为多项式，并在此基础上利用位移反分析方法获得三元件粘弹性模型的各项参数，进而得到一个综合线弹性模量Ｅ（ｔ），从而以简单的线弹性有限元程序计算出各时刻的位移值ｕ（ｔ）。计算结果表明三元件模型能较好地反映上海地区软粘土的流变特性。     

某电站模型洞围岩位移反分析及预测研究

张河湾抽水蓄能电站位于河北省井陉县测鱼镇甘陶河干流上。电站安装4台单级混流可逆式水泵水轮机组,总装机容量为1000 MW。地下厂房开挖尺寸(长×宽×高)为151.1 m×23.4 m×48.3 m。为进一步研究地下厂房围岩稳定性和优化设计参数,在地下厂房近旁进行了模型洞围岩观测试验研究,依据模型洞围岩收敛位移、钻孔多点位移、锚杆应力观测结果,进行了反分析,计算结果:水平应力2.52～2.88 MPa,应力比值0.7～0.8,弹性模量26.0 GPa。依据反分析的围岩初始地应力及变形参数,对主厂房及主变室围岩位移及应力分布进行了预测,结果表明,围岩变形均较小,且与地下厂房围岩位移实测值一致性较好。     

软弱围岩蠕变损伤机理及合理支护时间的反演分析

基于软弱围岩的蠕变损伤机理，提出了围岩蠕变损伤具有变形损伤与时间损伤耦合效应的观点。运用Burgers模型引入蠕变损伤变量，采用位移反分析方法对圆形巷道的粘弹性变形规律进行研究，得出软岩巷道合理支护时间的确定方法。通过工程实例证明该方法是合理的。     

地下洞室围岩稳定流变分析的数值计算法

本文把岩体作为粘弹性介质,用伯格斯模型描述岩体的流变特性,对均质、连续、各向同性的岩体在围岩稳定分析中如何考虑岩体的流变特性,提出了一种数值计算方法,并对较坚硬的正长岩和较软弱的砂岩进行了流变计算。算例表明:岩体的流变特性对岩体,特别是软弱岩体的围岩稳定影响是不容忽视的,在围岩稳定分析中,粘弹性方法比弹性方法具有更好的近似性,它能更好地为我们预示洞室围岩塑性区的发展和洞周位移的变化情况,并为寻求有利的支护时间和支护形式提供依据。     

二维粘弹性问题反分析计算的统一模型

本文就地下工程中二维平面应变问题提出了反演确定洞室围岩初始地应力及其粘弹性参数的统一方法,用五种常见的描述岩土体变形性态的粘弹性模型的参数作反演计算.文中在描述岩土体材料的粘弹性性态的本构方程用统一公式表示,通过论证提出了依据现场量测信息对初始地应力和围岩粘弹性参数进行反演计算的原理、方法和公式,包括可据以进行线弹性反演计算的数值法方程,以及可用于确定围岩粘弹性参数的反演计算方程等.此外,文末还通过算例验证对所提方法的适用性进行了论证.     

基于小波与谱分析的大坝变形预报模型

传统大坝变形回归分析模型不具备降噪功能,同时人为拟定环境量周期项,存在一定的不足,对此,引入小波与谱分析方法,提出了基于小波与谱分析的大坝变形预报模型,以提高预报精度。首先对实测的位移数据进行分段三次Hermite插值,获取均匀采样数据;然后对采样数据进行小波分解,做降噪处理;最后通过谱分析,根据功率谱图,确定位移量的主要周期项,结合传统回归方法构建合理的拟合模型,实现大坝变形的预报。以2010年三峡大坝175 m蓄水后的实测数据为样本,采用文中方法对大坝变形值预报,结果表明预报精度较高,新方法对提高大坝安全评估和类似变形分析有重要价值。     

隧道围岩力学特性的敏感性分析

在深埋软岩引水隧洞工程中,为掌握隧洞施工期围岩变形特征,开展对隧洞支护时机的研究,需要确定准确的岩石力学参数以反映真实的围岩力学特性。文章依托实际隧道工程,借助有限差分软件FLAC3D建立反映隧洞开挖支护工序以及蠕变过程的三维数值仿真计算模型,采用极差法研究隧洞围岩基本力学参数对围岩变形的影响,并确定待反演参数;基于正交试验设计构建25组待反演参数组合,代入到数值模型中进行计算,得到监测断面各测点位移值。研究结果表明,隧洞围岩参数敏感性大小排序为：弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。在隧洞施工过程中,掌子面附近围岩变形受开挖扰动影响明显,随着时间的延后,位移不断增大但位移速率逐渐减小至一稳定值。     

天荒坪抽水蓄能电站试验洞的位移反分析研究

为查明天荒坪抽水蓄能电站地下厂房所在位置围岩初始地应力场的情况,沿厂房的拟设轴线开挖了模型试验洞,量测了围岩位移与洞周收敛位移,并据以进行了反分析计算。文中所用的数值计算法为边界单元性,包括弹性问题和粘弹性问题的反演计算,所得初始地应力的方向及量值与以其它方法测得的结果符合较好。     

确定矿山巷道初始地应力方法的研究

本文提出了一种在矿山地区确定初始地应力的新方法。根据本文提出的方法,只要在三个相互交义的圆形巷道中量出过洞周特定点的直径两端的径向相对位移值,即可计算这些量测巷道所在地段地层的初始地应力。文中给出了算例,并对算例作了验证。由于洞周相对位移不难量测,且有关的理论计算公式并不复杂,这一方法具有简单易行的特点,与其它方法相比较将有经济价值。本文提出的方法也可为勾划矿山地区初始地应力的分布规模提供有价值的资料,并可用于确定其它地下工程围岩中的初始地应力。     

地下厂房围岩位移混沌动力学特征研究

 以小湾水电站地下厂房围岩不同监测断面的多点监测位移为例,运用功率谱分析方法,改进G-P方法提取关联维数D,综合分析G-P法、C-C法和复自相关法得到合适的m,t 值重构相空间,计算最大Lyapunov指数,研究地下厂房围岩位移的混沌动力学特征。研究表明,主厂房围岩顶拱部位的多点位移和拱座在30 m深度处的位移不具有混沌特性,而拱座在2,7和15 m深度的监测位移和边墙部位的多点位移,各施工支洞和排水洞获得的超前监测多点位移都具有混沌动力学特征,同时得到表征其混沌动力学特征的功率谱图,关联维数D大于0,最大Lyapunov指数大于0。对具有混沌特性的监测位移,可以利用基于混沌时间序列的多种方法对位移进行预报,为地下厂房系统围岩位移预报提供新的实用方法。     

偏压双连拱公路隧道围岩稳定性动态预测分析

由于高速公路偏压双连拱隧道的复杂地质条件,会给隧道安全施工带来严重威胁,提出在加强隧道开挖现场监控量测的基础上,以位移量测结果作为学习样本,应用BP神经网络预测隧道围岩位移的大小,分析围岩的稳定性。由于BP神经网络能综合考虑隧道围岩节理、裂隙等对围岩位移的影响,所以与有限元反分析法计算隧道围岩位移结果比较,显示BP神经网络预测结果的误差较小,预测值与实际测量值趋于一致,因此应用BP网络预测偏压双连拱隧道围岩位移,超前分析其稳定性是安全可靠的,该预测方法的预测结果可以指导现场的施工。     

基于BP网络的隧道围岩位移预测方法

介绍人工神经网络模型法的基本原理与步骤,探讨了隧道围岩收敛监测数据与人工神经网络间的联系,并建立了基于人工神经网络的隧道围岩收敛预报模型。以工程实例为背景,对隧道围岩的收敛变形进行预报分析。研究结果表明:BP网络预测值与实测值吻合程度很好,完全满足工程及控制的要求。     

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。     

基于位移反分析的围岩蠕变本构模型参数确定方法

针对隧道围岩蠕变参数难以确定的研究现状,在充分调研各类岩石蠕变本构方程的适用条件的基础上,选取适用于依托工程实际地质状况的蠕变本构方程.采用位移反分析的计算方法,根据现场调查所得隧道围岩监控量测数据进行参数反演,得到了典型断面所在围岩段的围岩蠕变本构方程,并进行了参数验证,结果显示计算模型所得围岩变形值与实测数据误差较...     

岩石非定常蠕变模型辨识

在页岩蠕变试验数据基础上,分析岩石黏弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律.通过反分析方法建立一维情况下非定常黏弹性模型的蠕变方程,通过应变的理论计算结果与试验结果的对比发现,不考虑参数的时间相关性将引起较大的误差,而考虑参数的时间相关性的非定常黏弹性模型比定常黏弹性模型可更为准确地反映岩石的黏弹性变形性能.在软岩巷道二维非定常蠕变模型辨识的工程实例中,事先假定围岩为黏弹性和黏弹塑性两种不同力学模型,并分别考虑参数为定常和非定常两种情形,在已知现场量测位移条件下,利用位移反分析并根据一定的准则函数求其不同模型中的参数及相应的准则函数值,由各个模型相应的准则函数值大小,判定最佳模型.在假定的一组模型里,发现非定常黏弹塑性模型为最佳模型.     

深部岩体变形的混沌预测方法

论述深部岩体变形行为及其围岩稳定性分析中应用混沌方法;同时,根据岩体工程的观测位移时间序列,基于相空间重构,给出了最大Lyapunov特征指数的计算步骤,并给出了岩体位移时序的线性和非线性两种混沌预报模式。据此,建立了岩体工程位移观测数据的混沌预测方法。对玲珑金矿255m水平主运巷的塌陷情况进行了算例分析。首先,对于主运旧巷断面的收敛位移观测序列,采用插值方法对其进行了预处理,以获得等间隔的位移序列;然后,对该位移序列,利用上述混沌分析方法,获得其最大Lyapunov特征指数为0.05;分别采用近邻等距法和最大Lyapunov指数预报模式,对位移序列进行了预测。与观测位移相比较,位移预测结果比较理想。     

软岩蠕变理论及其工程应用

地下工程的施工经常遇到软岩。这类岩体抗压强度较低，具有明显的流变特性，蠕变变形量较大，常造成支护的失稳和破坏。在分析地下工程的稳定性或对地下结构设计时，应充分考虑这一特性，按流变力学理论进行分析和设计。通过现场取样，采用自行研制的重力杠杆式岩石蠕变试验机，并配备三轴压力室，对泥岩进行了三轴蠕变试验。试验结果表明，泥岩的蠕变具有非线性。根据试验结果，建立了泥岩的非线性蠕变方程。根据上述非线性蠕变方程，分析了围岩的应力场和位移场，并对不同支护强度和应力状态下的蠕变变形进行了系统的分析。理论研究结果表明，控制围岩过量蠕变变形的根本途径是改善围岩应力状态，适当提高锚杆或锚索的初始预应力，从而为有效控制深部开采时围岩的有害变形提供了理论依据。     

十字岩柱法隧道开挖地质力学模型试验研究

 以重庆市轨道交通三号线为工程背景,开展十字岩柱暗挖法地质力学模型试验研究,优化大断面隧道开挖工序,进行围岩岩土相似材料配比试验、模拟洞室开挖过程中锚固注浆加固作用、洞室开挖过程的围岩位移变形监测分析。试验结果表明：研制的钢结构台架可成功模拟加围压条件下的洞室开挖,可直观地观察到模型开挖时围岩的渐进破坏过程。模型试验采用的监测系统能对开挖过程中洞室围岩的位移进行实时监测,实现了开挖支护与监测记录同步进行。根据相关参数建立数值分析模型,将数值计算结果与试验实测结果进行对比分析可知：二者结果基本一致,规律大致相同,且最终位移值满足试验要求,表明模型试验取得了较为理想的效果。研究工作对实际工程施工及今后类似模型试验研究的发展具有一定指导作用。     

大帽山小净距隧道群中夹岩累计损伤效应研究

 小净距隧道的爆破施工不可避免地造成围岩累计损伤,岩体力学性能劣化。结合大帽山小净距隧道群的监控量测实践,基于动力损伤变量和围岩内部位移,研究小净距隧道群中夹岩的累计损伤效应。声波波速和围岩内部位移的监测结果表明,新建大帽山隧道的爆破施工已经导致中夹岩产生一定程度的损伤、破坏和滑移,但围岩位移并没有持续变化失稳,岩体仍具有一定的强度;通过对新建隧道和原有隧道损伤范围的比较发现,双侧壁导坑法施工造成围岩的累计损伤范围比全断面法施工大近3倍,并且循环爆破施工造成围岩的累计损伤更显著,所以围岩累计损伤效应是小净距隧道施工过程中必须高度重视的;上断面爆破施工一般使岩体内的裂纹被激活,声波波速显著下降,下断面爆破致中夹岩墙产生类墙体的振动,使岩体变松散滑动,围岩内部位移显著增大;并且围岩的滑动都是爆破时发生的,爆破停止滑动也就停止;在判断围岩的累计损伤程度和范围时,应充分考虑声波波速变化率和位移量,仅通过声波波速变化率可能做出误判;与爆源越近,围岩的损伤度和位移量越大,越远越小,且累计损伤效应呈现明显的非线性特征。