水利水电工程岩体力学参数综合取值方法探讨

在研究岩土工程有关规程规范和各种力学参数取值方法特点的基础上,提出了水利水电工程岩体力学参数综合取值方法。综合考虑工程规模和地质条件的复杂程度,将取值方法分为3个层次:对于地质条件简单的小型工程以及在项目规划、可研阶段,可采用野外地质调查和少量室内试验进行岩体分级、查表,经工程类比取得地质建议值;对于地质条件复杂的中型以上工程,初步设计阶段应开展原位试验,并采用工程经验类比法结合现场地质条件确定地质建议值;对于重要的大型工程应做专题研究。除了上述方法外,还可应用计算机模拟试验、人工神经网络法、模糊数学预测法等,慎重确定地质建议值。在施工阶段可利用监测资料开展反演分析,对岩体稳定性进行复核。结合工程经验指出了参数选取应用时应注意的问题。     

Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩力学参数估算中的应用

白云岩砂化是滇中引水工程玉溪段面临的典型地质问题之一。砂化白云岩物理力学参数的准确获取可以为施工和设计提供依据,保障隧洞施工人员的生命财产安全,具有重要的工程意义。强烈砂化白云岩因其岩体结构较为破碎,难以通过制作标准试样进行室内试验获取岩体力学参数。基于此,为了快速获取强烈砂化白云岩岩体力学参数,通过现场调查以及针贯入试验,运用Hoek-Brown强度准则对其岩体力学参数进行估算,并将估算结果与现场岩体平硐试验结果进行对比。研究结果表明：通过Hoek-Brown强度准则估算的强烈砂化白云岩力学参数绝大部分值落在试验值区间内,Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩岩体力学参数估算中运用效果良好。根据估算结果给出研究区强烈砂化白云岩的岩体力学参数建议值,可为工程建设提供支撑,具有一定的推广价值。     

基于非线性方法的碎裂结构岩体力学参数分析

采用常规的试验方法对碎裂结构岩体的力学参数进行研究存在一定的局限性,容易受现场条件和尺寸效应的影响,而基于非线性方法的参数分析在一定程度上能够很好地对碎裂岩体的力学参数进行预测。以前坪水库溢洪道碎裂结构岩体为例,在资料收集的基础上建立了岩体力学参数数据库,通过因子分析法将数据库中影响岩体力学参数确定的多个指标进行简化降维后,再结合非线性BP神经网络分析法对工程区岩体的部分力学参数进行预测;在室内外试验数据和现场工程地质条件分析的基础上,运用H-B强度准则对工程区域内不同岩层的岩体力学参数值进行了计算;将预测结果和计算结果进行对比分析后,对工程区的岩体力学参数取值提出了建议。     

考虑松动圈的地下洞室群施工期岩体参数反演

结合大岗山水电站地下厂房洞室群施工期分层开挖特点,提出考虑松动圈参数弱化效应的反演基本模型。引入GA-BP算法,基于正交试验设计与FLAC^3D差分程序获得神经网络学习样本及测试样本,建立起围岩力学参数与位移之间的高度非线性映射关系。根据现场实测位移和网络映射位移,建立目标函数,采用遗传算法在岩体参数经验取值范围内,搜索使目标函数取得最优解的参数组合,以获取反演的最优岩体参数。最后利用获取的岩体参数进行正演分析并进行位移的后验差法检验,结论表明了该方法的适用性,其可用于反馈并指导地下工程设计与施工。     

地铁站深基坑土体力学参数反演分析

基于正交试验设计和FLAC3D建立的学习样本以及测试样本,通过工程现场获取的地铁站深基坑支护体系位移信息,在总结分析基坑变形受力特征的基础上,找出对地铁站深基坑变形起主要作用的因素,确定待反演土体力学参数,然后建立BP神经网络理论反演的参数同支护结构位移间潜在的映射关系。实例计算结果表明,利用BP神经网络的仿真预测功能实现地铁站深基坑土体力学参数反分析是较为准确可行的。     

岩体工程力学参数取值方法研究Ⅰ:原位试验与定量类比

针对合理确定岩体工程力学参数的难题，在原位试验技术、定量类比方法和数值仿真试验等方面开展了系统研究，形成了包含“一设备、一库、一平台”综合确定岩体工程力学参数的方法体系。本文研发了适用于常规地质钻探的岩体质量随钻测试和岩体力学参数原位试验设备，建立了依据随钻实测参数评价岩体质量的方法以及岩体强度、耐磨性指标与随钻参数的定量关系，提出了通过孔内弹模剪切试验快速获取不同岩层岩体抗剪强度和弹性模量的技术和方法；同时，构建了包含81个工程681组不同类型岩体抗剪强度试验资料数据库，深入研究了不同类型岩体抗剪强度参数的统计特性，提出了基于Bayes方法和可靠度理论，利用大样本数据库资料和少量具体工程试验成果来确定岩体参数的定量类比方法。     

基于随机-关联空间插值法的工程岩体力学参数确定

岩体力学参数在空间上存在的结构关联性和随机不确定性是影响工程岩体力学参数设计取值的客观因素之一。基于地质统计学理论,提出随机-关联空间插值法,在工程岩体力学参数概率分布未知的情况下,利用样本矩替换母体矩,描述工程岩体力学参数的随机性,利用变差函数描述样本点之间、样本点和插值点之间的工程岩体力学参数关联性,建立岩体力学参数的空间分布模型,并通过克里格法对场地中的工程岩体力学参数进行空间插值。结合工程实例,在力学参数概率分布未知的情况下建立其概率分布模型;选择不同数量的有效样本对比分析该方法本身对样本数量的依赖性问题;探讨该方法的应用范围以及针对其他情况提出的相应措施,为后续研究打下基础。与试验结果对比,工程实际中3种不同样本的岩体力学参数指标相对误差分别为4.2,4.4,5.3,估值结果可作为工程设计取值的参考依据。     

构皮滩水电站岩石力学研究

针对构皮滩水电站地下厂房、边坡和坝基3大稳定问题,综述了20余年来所开展的岩石力学试验、地应力测试、工程岩体分级以及数值模拟分析等研究工作,对岩体质量评价、岩体力学特性及参数取值、软岩流变及成洞特性、岩体初始应力场、导流洞软岩段和进出口边坡稳定性以及地下厂房洞室群围岩稳定性等研究成果进行了综合分析.     

二滩水电站工程勘察综述

对二滩水电站的地质勘察工作进行了总结。比较全面、完整地介绍了坝址的选择、坝基岩体的力学特性和参数取值方法、坝轴线的优选、岩体质量分级、蚀变玄武岩破碎软弱带的工程特性、地应力和坝基岩体工程关系,以及建基面的优化等一系列科研成果。     

层状岩体抗剪强度产状效应的数值试验研究

层状岩体力学特性呈现出明显的各向异性特点,其强度和变形参数不但与作用力和岩体结构面之间的夹角有关,同时还与岩体结构面的走向密切相关。为研究岩体结构面产状对层状岩体抗剪强度参数的取值影响,首先对某工程现场直剪试验进行模型辨识研究,然后采用数值试验方法对层状岩体抗剪断试验进行拓展性数值研究,进而对岩体的抗剪断强度各向异性进行了深入研究,分析了层状岩体抗剪断强度特性与结构面产状之间的变化规律。研究结果表明：层状岩体的抗剪强度参数呈现明显的非正交各向异性特点;随着结构面倾角的增大,抗剪断强度参数与结构面产状之间关系可采用空间椭圆面来描述。      

水工洞室围岩参数的反分析及其应用

由于岩体力学参数与岩体结构及所赋存的地质环境中许多因素有关，故基于现场实测资料反演分析所确定的岩体力学参数更加真实客观。本文结合水工洞室开挖过程中围岩的现场变形规律，建立了一套方便适用的地下洞室位移反分析方法，避免了传统设计中围岩因参数不准造成的数值模拟结果的失真，使结构设计更贴近工程实际。     

工程岩体力学参数状态相关性初步分析及应用

基于岩体与工程相互作用和影响构建了工程岩体系统,提出了工程岩体状态分类:岩体结构状态、地质环境状态、工程作用状态。以状态描述了工程岩体的天然产出、赋存地质环境和工程作用,分析了状态因子对工程岩体系统力学性质的影响,论证了岩体力学参数的状态相关性;结合岩体工程设计与实践,给出了工程岩体状态分类,研究了工程岩体状态因素的表述和度量方法。在此基础上,提出了考虑状态相关性的工程岩体力学参数取值的一般思路,为工程岩体力学参数取值这一关键技术问题开辟新的研究途径。     

长江科学院承担的川藏铁路大渡河特大桥隧道锚专题研究进展顺利

正受中铁大桥勘测设计院集团有限公司委托,长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室承担了"新建川藏铁路大渡河特大桥隧道锚抗拔承载力试验及受力机制研究"专题工作,专题研究目的为论证两岸采用隧道锚方案的可行性,同时为设计方案的细化和优化提供技术支持。专题研究项目组于2019年7月进场开展相关工作,综合采用现场平洞勘探、室内外岩石力学试验、现场缩尺模型试验、理论分析、数值模拟等手段,对两岸隧道锚部位岩体性状进行了精细评价,对隧道锚锚洞的成     

Hoek-Brown准则在软岩～中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用——以陕西省延安市龙安水利枢纽工程为例

通过基于Hoek-Brown准则的地质强度指标GSI,结合岩体质量分类,对陕西省延安市龙安水利枢纽坝基岩体力学参数进行了分析研究。结果表明,经过修正后的GSI指标与岩体质量分类确定的岩体质量等级经验值基本吻合,GSI可应用于砂泥岩互层地区岩体力学参数的确定。该方法可在原位试验资料不足的情况下,为砂泥岩层地区力学参数的选取提供一定的参考价值。     

含软弱夹层引水隧道锚杆加固试验研究

为了研究引水工程穿越含软弱夹层隧道时围岩的稳定性问题,通过室内模型试验,以水泥砂浆和石膏分别模拟岩体和夹层,采用单轴抗压试验方法研究不同倾角夹层和锚杆倾角、长度及直径对岩体力学参数的影响.结果表明:(1)30°和60°倾角的夹层力学特性明显低于水平和垂直夹层的力学特性,通过加入锚杆方式能极大地提高岩体的强度等力学参数;...     

基于RBF的隧洞岩体蠕变参数反演方法

岩体蠕变参数是软岩洞室设计和施工中的重要力学参数，为解决蠕变参数难以获取的研究现状，建立基于RBF神经网络的隧洞岩体蠕变参数智能反演方法。在综合分析工程资料的基础上，采用符合该工程岩体变形规律的蠕变本构模型，建立反映隧洞开挖支护工序和长期蠕变特征的仿真计算模型，以测点沉降值为指标，采用敏感性分析方法，确定待反演参数。通过正交设计和仿真计算构造训练样本，对RBF神经网络进行训练，建立蠕变参数和位移值之间的非线性关系。输入实测位移值，得到相应的岩体蠕变参数。将该方法应用于滇中引水工程的隧洞蠕变参数反演中，利用所得参数进行数值计算，计算结果与实测位移值误差较小，表明该方法合理、实用，且具有良好的精度，可为获取软岩隧洞蠕变参数提供简捷高效的方法。     

坝区岩体压缩蠕变参数的数值反演

根据大岗山水电站坝区现场承压板压缩蠕变试验资料,在坝区软弱岩体压缩蠕变模型识别的基础上,建立了坝区岩体蠕变参数反演的数值分析方法,该方法可以真实模拟现场承压板的压缩蠕变试验过程和试验点的地层分布与地质状况.采用数值反演有效得到坝区试验点岩体的压缩蠕变参数且数值反演计算变形值与实测变形值基本相近,较好反演了坝区岩体的蠕变力学参数,这为坝区边坡工程的稳定性评价与分析提供了技术参数保证.     

玛尔挡水电站边坡岩体宏观力学参数优化反演及应用

裂隙岩体的变形、强度特性研究以及其力学参数的确定是岩土工程界、工程力学界最为关注的参考指标。在室内试验的基础上,考虑地应力与结构面尺寸、方向、连通率等因素情况下,采用分区分级方法对玛尔挡水电站边坡岩体的宏观力学参数进行优化反演,并将结果应用到三维有限元计算中。计算结果表明:模型采用反演所得宏观参数能够客观、合理反映出边坡整体的安全稳定状况。研究结果为相关参数反演与边坡稳定性研究提供了参考。     

复杂层状建基岩体可利用性及开挖深度优化研究

建基岩体的可利用性及开挖深度关系到水电站工程的可行性、合理性及经济性等,是技施阶段重要研究内容之一。基于对坝基不同岩性及其组合的岩石力学特性试验、岩层厚度、RQD值、波速测试及配套的现场大型变形试验等,研究了复杂层状建基岩体的结构特征和质量标准,并基于岩体波速建立岩体结构、岩体质量及变形参数的预测评价模型,确定了复杂层状岩体的可利用性标准,并对开挖深度进行了优化研究。结果表明：在砂岩类占比约60%的整个坝基岩体中,微新及以下复杂层状砂板岩以坚硬岩为主,且原位状态下岩体层面效应基本消失,完整性大幅提高;岩体波速与岩体结构、岩体质量及变形参数间具有很好的对应性;基于岩体波速建立了建基岩体利用标准,并将河床建基面开挖深度整体抬高约10 m,减少了岩基开挖和混凝土浇筑量并缩短了工期。     

软岩基本质量评价及强度特性试验方法研究

中-新生代软岩一般裂隙不发育,但孔隙多且胶结强度低,易扰动性显著,其岩块试验成果折减后进行岩体力学参数取值,普遍造成软弱地基力学指标远低于实际值,是目前工程界面临的一大困惑。通过对一批工程实测案例分析表明,中-新生代软弱岩体有别于多裂隙性岩体,岩块与原位试验结果相比具有反尺寸效应：现场岩体载荷试验的比例界限值、极限强度值分别大于Rc值的1.62～20倍、2.4～50倍,桩侧摩阻力试验参数值与现行有关规范Rc值折减法取值有明显提高,极软岩原位试验的变形模量大于岩块的试验值,实测岩体完整性指数Kv普遍大于1。采用基本质量评价的BQ法,该类岩体级别的划分主要由Rc值主导,实测Kv值不直接参与基本质量指标计算,它从物理意义上主要反映了软弱岩石坚硬程度低而易扰动的特性。软弱岩体的“原位性”即保持其天然结构和状态是保持软岩基本力学性质的关键,因此,原位岩体力学试验是研究其变形特性、地基承载力（桩端阻力）和桩侧极限摩阻力的必要选择,应在大量工程实例应用及成熟经验的基础上达到试验方法的标准化。