基于Weibull分布的非均质地层物性参数随机模型

地质信息及其表征具有随机不确定性和模糊不确定性,而土体物理力学参数之间又存在着固有的互相关性。通过对地层的已知孔隙率参数进行统计分析,利用Weibull分布模拟孔隙率的空间分布非均质特性,并结合随机中点位移法,模拟非均质地层孔隙结构的空间分布规律,建立了孔隙率的空间分布预测模型。研究建立了地质变量的空间函数关系,结合土性参数之间的相关性,以孔隙率为基本量形成二维地质剖面和三维数字地层,构造面向目标的非均质地层地质模型,探讨了非均质地层物性参数的时空分布特征及其有效描述,对地层局部地质信息的变异和随机性进行精细化描述和预测。     

非均质土层的注浆扩散特性与加固力学行为研究

注浆加固区域土层具有非均质性和原位变异性,土层参数服从一定的分布规律。基于随机分形理论和物性参数关联的特点,构建非均质土层的物性参数随机分布模型。基于Delaunay方法将土层分形网格结点连接成三角形网格,利用三角形面积坐标插值方法实现土层分形网格中动态参数向注浆有限元网格的传递。应用精细化的流固耦合力学模型,考虑土体物性参数动态变化和浆液时变效应的影响进行注浆扩散模拟,分析土层物性参数动态变化规律,研究非均质土层中浆液扩散范围和结石体的真实形态。通过定义不规则结石体的物理力学参数,研究荷载作用下注浆加固地层的应力和变形分布特征。     

基于潜势场理论的三维复杂地质模型参数精细化建模与分析

由于实际工程中可获得的地质资料有限,而地层关系复杂,传统的地质建模方法进行区域地质体建模精度可能不足,无法满足工程需求;而潜势场理论通过集成地层界面接触数据和方向数据,并利用协克里金方法进行梯度场插值,使得地质模型具有较高的准确度,更符合实际地层结构。本文基于潜势场理论,以南京地铁5号线某区间工程钻孔数据为主要数据源,经过模型尺寸分析、地层合并及土层接触关系分析等步骤,建立了精细化的三维地质模型;并对地铁穿越的关键土层③-1b1-2层压缩模量的空间分布特征通过属性建模进行了精细化分析。结果显示基于潜势场理论的三维地质建模方法对于复杂地质条件建模具有明显的优势,对关键土层参数的空间分布规律进行精细化分析有利于指导工程设计与施工。     

地源热泵岩土随机热物性的统计方法研究

为科学、准确地测试地源热泵系统的岩土热物性参数,考虑了热物性的时空变异性、测试数据不确定性,采用随机分析理论和数值方法,在特定测度下,以初始值进行迭代和修正,计算了岩土随机热物性参数的统计特性,并对热响应的连续和离散随机过程进行分析。使用线性回归法统计出了离散数据的随机分布规律,并根据回归直线斜率、截距的物理意义来求解热物性参数,经工程应用检测方法可行。     

基于图像分析的透水混凝土孔隙研究

通过对透水混凝土试块打磨并拍摄图像,利用MATLAB、IMAGE PROPLUS与IMAGE J对透水混凝土截面孔隙进行二值化处理与分析,获得孔隙面积、分形维数等参数,分析骨料粒径、水灰比对等效孔径大小及分形维数的影响,并研究了孔隙分形维数与实测孔隙率的关系.结果表明,粗骨料最大粒径和透水混凝土的目标孔隙率是影响透水混凝土内部孔径及分形维数的主要因素,而水灰比对其影响很小.实测孔隙率能达到目标孔隙率的85％以上,与孔隙分形维数呈现良好的线性关系.     

溶蚀孔隙型灰岩岩体宏观力学参数取值研究

灰岩地层具有较好的可靠性和适宜性,并具有较大的各向异性,其分布从大的溶洞、管道、断裂到小的溶蚀裂隙、孔洞等,前者在工程探测及处理措施方面研究已较为成熟,笔者针对溶蚀孔、隙型灰岩的力学参数取值进行了研究,得到了如下结论:溶蚀孔、隙型灰岩岩石抗压强度与孔隙率存在较好的幂函数关系,幂常量接近于-0.5,即y=ax^-0.5,其系数a代表了孔隙率为1%时的岩石抗压强度;基于Hoek-Brown强度准则及岩体孔隙率n,建立岩体参数m_b、S、a与孔隙率n的关系式,并通过孔隙率来描述岩体力学参数(岩体抗压强度R_cm、岩体抗拉强度R_tm、岩体抗剪强度参数c_m和φ_m),简化了通过量化GSI进行力学参数取值的复杂性,避免了量化GSI的主观性和不确定性,在溶蚀孔、隙型灰岩地层具有较好的可靠性和适宜性,对同类场区的工程建设具有一定的指导意义。     

深基坑工程土层参数反分析方法探讨研究

深基坑工程受时空效应、地质条件以及土体不确定性的影响较大,其土层参数难以确定.根据现场实测数据利用基于FLAC正分析的BP神经网络反分析方法,对工程中的关键土层进行参数反分析,算例结果显示:以实测地下连续墙最大水平位移反分析的⑥1层土体参数与实验值吻合较好,说明在深基坑工程中,基于FLAC正分析的BP神经网络反分析方法...     

青海黑石山地区铜多金属矿床地球物理特征及找矿标志

青海省都兰县黑石山地区铜多金属矿区内断裂构造发育,岩浆活动强烈,对区域的电物性特征、磁物性特征进行了分析,测定了区内出露的各类地层、岩(矿)石物性标本,并对物性标本测定的参数进行了统计计算,分析结果客观真实地反映了区内各地层、各类岩(矿)石之间的物性差异及其特征,然后对研究区圈出5条异常带进行了磁异常特征分析及解释,对3个测区进行了地球物理充电异常特征分析与解释,并分析了地质、地球物理和地球化学等找矿标志,为矿区下一步实施勘查工作的部署提供了技术支持及理论依据。     

多孔介质孔隙结构重构及水蒸气传递特性

采用随机生长法分别构造了各向同性、各向异性的孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的多孔介质,探索了在多孔介质孔隙率相同的情况下,微观孔隙结构对孔隙内湿传递过程的影响。结果表明:决定多孔介质内部输运特性的孔隙结构参数,除孔隙率以外,孔径分布和孔隙表面分形维数等参数对多孔介质孔隙中水蒸气扩散过程的影响显著;孔隙率相同,孔径分布和孔隙表面分形维数不同的3种各向同性和3种各向异性多孔介质的水蒸气扩散浓度最大差别分别为30.6%和23.3%;各向同性多孔介质的小孔分布率越大,孔隙表面分形维数越大,说明孔隙的连通性和水蒸气在多孔介质孔隙中的扩散性能越好;各向异性多孔介质(水蒸气扩散的方向垂直于其生长率较大的方向)的大孔分布率越大,孔隙表面分形维数越小,水蒸气在多孔介质孔隙中的传递性能越好。     

南京市各工程地质层热物性及分布特征研究

地层的热物性是地埋管地源热泵系统设计和运行中最重要的参数,本文通过测试南京市100 m深度范围内土层的常规物理参数及热物性参数,得到了各工程地质层的含水率、孔隙比、干密度、导热系数、比热容等,各工程地质亚层平均导热系数分布在1.322~2.443 W·m^-1·K^-1之间,其中最大、最小值分别为②4e、②1b4工程地质亚层。分析了土体常规物理参数与热物性参数的相关性,黏性土导热系数随着含水率的增加而减小,随着干密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而减小,并得到了黏性土导热系数与含水率、孔隙比、干密度相关性的经验公式,为地埋管地源热泵的设计提供基础数据和理论支持。     

软土加固过程中微结构变化的分形研究

土体内部孔隙的特征及分布情况是土体微结构变化的内因,也是决定土体物理力学性质的主要因素。在软土性质发生改变时,孔隙的变化是最直接、最显著的。所以,对土体微观结构进行研究,应着重研究土中孔隙的变化。由于土中孔隙的复杂性及非确定性,很难用传统的几何方法对其研究和描述。为研究加固前后软黏土微结构的变化情况,在珠江三角洲某高速公路软土路基利用动力排水固结法加固的施工现场,取不同深度内加固前后土样进行压汞测试,用分形理论对压汞测试数据进行分析,探讨软土中孔隙的分布特征,在此基础上提出了土中孔径划分的方法,进而探讨动力排水固结法加固软土地基的微结构变化,建立了加固后土样的孔隙度分维数与土体固结度之间的关系,研究结果表明土中孔隙分布具有分形特征,用孔隙度分维数可以实现对地基加固程度的预测。     

考虑地层变异性和土体参数空间变异性的边坡可靠度全概率设计方法

目前边坡稳定设计研究中大多数考虑了土体参数的空间变异性,但忽略了地层变异性的影响。为此,提出了一种同时考虑这两类变异性的边坡可靠度全概率设计方法。在全概率设计框架内,将广义耦合马尔可夫链模型与随机场模型相耦合用于同时表征地层变异性和土体参数空间变异性,给出了所提方法的计算流程。利用澳大利亚珀斯市钻孔资料,以某边坡为例进行可靠度设计,为说明在边坡可靠度设计中同时考虑地层变异性和土体参数空间变异性的重要性,分析了仅考虑土体参数空间变异的情况,进一步分析了同时考虑两类变异性的情况,并对二者进行了比较。结果表明:所提出的边坡可靠度设计方法能够有效地考虑边坡中存在的地层变异性和土体参数空间变异性。当仅考虑土体参数空间变异性时,边坡可靠度设计结果很大程度上取决于所采用地层的分布情况,特别是地层分布中抗剪强度较强土体类型占比高于真实情况时,将导致得到的最优设计方案偏于危险。反之,若地层分布中抗剪强度较弱的土体类型占比高于真实情况,得到的最优设计方案偏于保守。因此,为准确地得到最优设计方案,在边坡可靠度设计中应同时考虑地层变异性和土体参数空间变异性的影响。     

基于BP神经网络的静压桩承载力时间效应预测

基于珠海软土地区3根PHC管桩隔时复压试验数据,采用BP神经网络建立了静压桩承载力时间效应的BP神经网络模型来预测静压桩的长期承载力。在建模过程中将桩长、桩截面积、土体摩擦角、土体变形模量、渗透系数、最终压桩力及休止期等与静压桩承载力密切相关的7个参数引入到输入层,用Visual Basic语言编制了以最终压桩力和休止期为主要输入因素的计算程序,程序可以对比显示计算和实测曲线。在样本训练和学习过程中,任意选取2根桩的试验数据来预测第3根桩的长期承载力。通过对施工现场工程桩的试算,预测结果与实测值较为吻合,表明提出的BP神经网络模型用于预测静压桩长期承载力是切实可行的。     

沉积岩土粒度分布分形模型改进及应用

水流对岩土粒度的搬运主要有翻滚推移和悬浮2种方式，翻滚推移搬运物无论是粒度分布还是沉积规律都与悬浮搬运物差异很大，因此2种搬运方式所携带的物质沉积生成2种具有不同分形特征的沉积物，且沉积岩土可为2种具有不同分形维数沉积物的混合物。目前常用的粒度分形模型尚未考虑到这种情况，应用到岩土粒度分布描述时存在较大的误差。在常用模型的基础上，建立针对沉积岩土粒度分布描述的改进分形模型，并对模型参数的物理意义进行验证。与常用模型分形维数相比，成因不同的沉积岩土中悬浮搬运成分的分形维数值差别更为显著，该分形维数能更好地反映不同岩土沉积环境及其粒度分选程度。最后，将该模型应用于湖南红层软岩崩解性差异分析，取得较好的效果。     

宜昌砂岩三角波加载段变形速率预测模型研究

 以RMT–150C岩土力学试验系统为试验平台,以宜昌砂岩为研究对象,开展三角波加载段变形速率预测模型的研究。将加载过程分为滞后时间段和非滞后时间段,建立分类标准。鉴于在滞后时间段中,可能出现 或 的现象,提出表观弹性模量的概念。通过对同一岩样在不破坏情况下进行不同波形不同频率的轴向力加载试验成果分析,确定表观弹性模量和即时垂向力的线性关系,并给出相关参数的物理意义。在此基础上,首先建立非滞后时间段三角波加载段变形速率预测模型,结合加载模式和相关参数给出算例,同时根据试验数据,给出滞后时间段的预测模型。对比研究发现,计算模型的预测变形速率和应力–应变曲线与实测值精确吻合,表明预测模型的合理性。     

考虑地层变异性和土体参数变异性的边坡可靠度分析

现有边坡可靠度分析大多数只考虑土体参数的固有变异性,而忽略了地层变异性的影响。为此,提出了同时考虑地层变异性和土体参数固有变异性的边坡可靠度分析方法,利用耦合马尔可夫链模拟地层分布,采用基于乔列斯基分解的中点法离散土体参数随机场,采用有限元强度折减法计算边坡安全系数,通过蒙特卡洛法模拟进行边坡可靠度分析。利用澳大利亚珀斯市钻孔资料,以边坡可靠度问题为例阐明了同时考虑地层变异性和土体参数固有变异性的重要性,研究了钻孔布置方案对边坡可靠度的影响规律,结果表明:提出的方法能够有效地反映地层变异性和土体参数固有变异性对边坡可靠度的影响。当钻孔数目较少时,模拟的边坡土体类型分布与真实边坡土体类型分布相差较大,此时忽略地层变异性将导致边坡可靠度不精确的估计结果。钻孔布置方案对边坡失效概率和安全系数有明显的影响,钻孔应尽可能多的布置在边坡关键影响区域。边坡失效概率和安全系数统计量与钻孔数目并不呈单调关系,但是随着钻孔数目的增加,边坡失效概率和安全系数统计量逐渐收敛至"精确解"。     

砂土液化预测的人工神经网络模型

本文根据人工神经网络的一典型模型-反向传播模型,以及地震荷载下的各项土的物理-力学参数,建立了土液化类型的神经网络数学模型。研究表明,人工神经网络方法性能良好,可望成为砂土液化预测的有效手段。