基于Copula理论的岩体抗剪强度参数估值

以锦屏I级水电站坝址微新大理岩岩体原位大剪试验结果为例,分析岩体质量指标与抗剪强度参数间的相关性。利用Copula理论可将边缘分布和相关结构分开研究的优点,建立小样本条件下各变量的边缘分布函数,并在分析岩体质量指标Q与抗剪强度参数f,c间相关结构特点的基础上构造拟合Q-f,Q-c间关系的最优Copula函数。对于相同岩性的同类岩体,在已知Q条件下求条件概率便可得到抗剪强度参数估值的保证率,或可计算一定保证率下的抗剪参数估值。最后运用该函数分析常用的优定斜率法、最小二乘法的保证率,并与Hoek-Brown准则估值进行比较。研究结果表明,岩体质量指标与抗剪断内摩擦因素f呈较高的正相关关系,与抗剪断黏结力c则呈较高的负相关关系,而具有对称结构的Nelsen NO 1和Nelsen NO 2则分别是拟合Q-f、Q-c间关系的最优Copula函数。常用的最优斜率法与最小二乘法由于忽略岩体质量指标与抗剪强度参数的相关性,因此造成较大的偏差,而具有保证率为0.8的抗剪强度估值与Hoek-Brown经验准则相比更接近实际值。该方法注重充分地利用现场有限的数据信息,可以得到具有一定保证率的抗剪强度参数估值,为岩体抗剪强度参数估值提供一种新的途径。     

基于纵波波速的边坡岩体变形模量参数研究

岩体变形模量是岩体工程设计中一项非常重要的参数。传统现场原位测试方法不但耗时长、代价高,且代表性较差,往往不可能大量开展。在详细阐述基于纵波波速评价岩体变形特性可行性的基础上,分析国内外岩体质量分级、各级岩体变形模量与纵波波速的对应关系,最后基于大量硬质岩体原位变形试验与相应纵波波速测试资料,建立起具有良好实用价值的岩体变形模量与纵波波速间经验定量关系,并得到实例检验。     

某水电站坝基岩体变形模量与波速相关性研究

坝基岩体开挖过程中，需要快速简便的测试方法测得岩体的变形模量和波速，以满足建基岩体验收的需要。在构皮滩水电站坝基开挖工程中，开展了钻孔变形和声波测试，得到建基岩体的变形模量值和声波波速值，建立了二者之间的相关关系．后者已全面应用于大坝建基岩体的验收工作，并证明是可行的有效方法。基岩固结灌浆后只需快速测得岩体的声波波速，就可根据钻孔变形模量与声波波速之间的相关关系，很方便地计算岩体变形模量，为坝基的快速验收提供依据。     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究 ,建立了岩体变形模量与波速之间的关系 ,用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系 ,实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系 ,同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法 ,提出了坝基岩体大面积宏观变形参数     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究，建立了岩体变形模量与波速之间的关系，用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系，实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系，同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法，提出了坝基岩体大面积宏观变形参数。     

乌东德坝基岩体变形模量与波速相关性及应用

坝基岩体变形模量是拱坝设计最重要的参数之一,实际中由于受到资金、时间、尺寸效应等限制,承压板试验不可能大量开展,工程常采用岩体变形模量与波速之间的相关关系来估算坝基岩体变形模量以评价其工程地质特性是否满足建坝要求。在乌东德水电站坝基边坡开挖工程中,开展了钻孔变形模量和声波测试。乌东德坝基为典型层状岩体,左岸坝基及河床岩体测试孔方向与层面走向近平行,右岸坝基岩体测试方向与层面近垂直,分析表明坝基岩体中有明显充填特征层面对岩体变形模量值和声波值具有不对称影响。结合测试钻孔高清电视选择合理数据,建立了坝基岩体变形模量与单孔声波二者之间的相关关系。通过与坝基岩体的承压板试验成果对比验证,所建立的相关关系是符合实际地质条件的。将该方法应用于大坝坝基深部岩体变形参数估算及坝基表层松弛岩体灌浆处理效果评价工作中,证明是可行的有效方法。本文的研究成果为坝基岩体变形特征的评价提供科学依据,对高拱坝坝基工程勘测设计具有重要的理论和实践意义。     

瞬态瑞雷面波检测碎石桩复合地基承载力研究

讨论了土的变形模量同剪切波速之间的关系,并对碎石桩的变形模量进行了研究,通过对现场试验数据分析得到了碎石桩变形模量回归模型。在桩土应力比模量比公式的基础上,通过建立瑞雷波和地基土压缩模量之间的关系,建立一种利用瑞雷波确定碎石桩复合地基桩土应力比计算模型,并对其影响因素进行了讨论。通过工程实例,将计算值同静载试验值进行对比,证明了其可靠性。     

基于分层计算的层间剪切带原位变形试验研究

由于含层间剪切带复合岩体的非均匀性,传统的承压板变形试验只能得到复合岩体的综合模量,而无法准确得到层间剪切带的变形参数。介绍了黄河中游红色碎屑岩地区某大型水利枢纽工程坝址区层间剪切带的发育特征,选择典型勘探平硐进行刚性承压板中心孔法原位变形试验,在预留上部保护岩层条件下,通过在中心孔内设置不同深度的液压锚头,直接得到复合岩体、层间剪切带上下缘岩体的压力-变形关系曲线。利用推导的深部岩体压缩变形公式,分别计算其变形参数。根据分层计算原理,利用层间剪切带上缘岩体和下缘岩体变形差值计算得到层间剪切带的等价变形参数。研究结果表明,层间剪切带的变形参数低于上下缘岩体及复合岩体,其等价变形模量为0.72GPa,等价弹性模量为1.41GPa。     

构皮滩水电站高拱坝建基面卸荷岩体变形参数研究

 乌江构皮滩水电站高拱坝建基面开挖成型后,在建基面上进行大量的声波测试,通过不同高程、不同部位的声波测试,根据波速沿坡距综合关系曲线确定卸荷深度,并分析波速分布的规律及特征。在卸荷带内进行35点原位变形试验,其加载路径和最大压力与拱坝作用于岩体的条件相似。通过35点变形试点的动静对比试验,建立卸荷岩体变形参数与波速之间的关系,利用大范围的声波测试结果评价卸荷带岩体变形参数。结合开挖前后波速和变形参数的变化规律,分析研究该高拱坝建基面卸荷岩体变形参数的弱化程度。试验结果表明,建基面卸荷深度为6 m,卸荷带岩体平均波速降低7.0%,平均变形模量由29.1 GPa降低至16.2 GPa,平均降低43.6%。提出卸荷岩体的变形参数及取值方法。     

岩体变形参数确定的经验方法研究

在岩体工程变形分析和稳定性评价时,确定合理的岩体变形模量至关重要。现场试验可直接确定岩体的变形模量,获取的数据相对可靠,但是所需周期长、费用高,当现场试验受到各种制约条件而无法进行时,通过工程岩体分级指标估算岩体变形参数的经验方法,不失为一种经济实惠的选择。目前,国外已有大量学者通过对岩体分级方法的研究,得到了相应的岩体变形参数计算的经验公式,但在国内相关研究的开展则较少。《工程岩体分级标准》是我国岩体分级的国家标准,自1994年颁布以来,在国内岩土工程界得到了广泛的应用,但基于此分级方法来进行岩体变形参数估算方面的研究则相对较少,因此研究基于国标工程岩体分级指标预测岩体变形参数的经验公式具有广泛的应用价值。通过参考国外节理岩体变形模量的经验确定方法,吸取了相关的经验和成果,在搜集国内大型水利水电工程现场试验成果与工程岩体分级指标等相关成果基础上,结合数理统计原理,通过相关性分析,得到基于国标《工程岩体分级标准》BQ值估算岩体变形模量的经验公式。为提高预测岩体变形参数的准确性,通过对实测数据统计分析,得到了根据BQ指标、岩块弹性模量Ei估算岩体变形模量经验公式,并经三峡工程现场变形试验数据验证了该经验公式的可行性。上述研究成果为通过BQ指标估算岩体变形模量提供了一条合理的量化途径。     

基于Copula函数的抗剪强度参数间相关性模拟及边坡可靠度分析

为了研究表征抗剪强度参数间相关性的Copula函数对边坡可靠度的影响规律,简要介绍了Copula函数的基本定义,收集了水利水电工程中4组岩基抗剪强度参数试验数据,采用AIC准则识别出表征抗剪强度参数间相关结构最优的Copula函数。提出了无限边坡失效概率计算的直接积分方法,以无限边坡可靠度问题为例系统地研究了Copula函数的类型对边坡可靠度的影响规律。结果表明：表征抗剪强度参数间相关性的Copula函数类型对边坡可靠度具有重要的影响,不同Copula函数计算的边坡失效概率具有明显的差别,这种差别随边坡安全系数的增加（或失效概率的减小）而增加、随抗剪强度参数间负相关性的增强而增大、随变异系数的减小而增大。常用的Gaussian Copula函数并不是表征抗剪强度参数间相关结构最优的Copula函数,Gaussian Copula函数构造抗剪强度参数的联合概率分布函数将会明显低估边坡的失效概率,不能为了计算简便而盲目采用Gaussian Copula函数表征抗剪强度参数间相关性。     

三向高应力状态下深埋大理岩变形特性试验研究

为获得深部岩体的变形模量,在真三轴试验机上,对中等尺寸大理岩试样进行不同侧压下的变形试验,重点对同一试样进行多个等侧压和不等侧压的对比试验。试验表明：(1) 大理岩的变形模量与侧压之间具有显著的非线性关系,且当侧压增大至30 MPa后,变形模量不再随着侧压的增大而显著增大,该侧压值反映了大理岩脱离母岩后的弱化程度;(2) 建立大理岩的变形模量与三向应力之间的关系,用试样所对应部位地应力值计算出深埋大理岩的变形模量为66.7～68.2 GPa;(3) 变形模量计算值与采用其他间接方法获得的变形模量相当,并显著高于常规室内和现场变形试验值。由此说明,深部岩体在释放应力后容易使其力学性质弱化,弱化程度与所处的地应力大小有关。该方法对研究极高～高地应力环境下深部岩体及偏应力较大的边坡的变形特征具有重大意义。     

大岗山水电站坝区岩体的刚性承压板试验研究

 压板试验是承一种应用广泛的测定岩体变形参数的现场试验方法,根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院在大岗山水电站坝区现场进行的直径达1 m的刚性承压板变形试验资料,详细介绍试验点岩体的加卸载变形关系曲线,根据推导的深部岩体压缩变形公式,计算出了坝址区左右岸试验点岩体的弹性模量、变形模量和等价变形模量等变形参数。通过回归分析,获得坝区试验点岩体的声波波速与变形模量的回归经验方程和高度显著的回归拟合曲线。现场承压板试验的计算分析结果表明：坝区左右岸辉绿岩脉地层的变形参数较小,岩体的压缩变形主要集中在辉绿岩脉软弱夹层上,右岸试验点岩体的变形参数总体小于左岸。这些试验分析结果为有效揭示坝区岩体力学参数的变化规律提供了重要依据。     

《工程岩体分级标准》与Q分类法、RMR分类法的关系及变形参数估算

通过对不同工程的100多个现场实测数据的统计分析,研究了国标《工程岩体分级标准》与Q系统分类方法、RMR分类方法之间的关系,提出了表达它们之间关系的公式和对照表。研究了国标工程岩体质量[BQ]值与岩体变形模量之间的关系,提出了由工程岩体质量[BQ]值估算岩体变形模量的经验公式。     

水电工程岩体变形模量与波速相关性研究及应用

 水电工程常常用原位岩体承压板法变形试验的变形模量E0与对应部位岩体的纵波速度VP之间的关系来确定大范围及深部岩体宏观变形参数,E0-VP的相关性与试点的地质代表性、测试方法、试验数量、选用的函数关系等有关。介绍建立E0-VP关系的试验方法及影响因素,以典型工程为实例,从试验数量、地质代表性、试验条件及函数关系4个方面研究E0与VP之间的相关性及对宏观变形参数的影响程度,分析国内10多个水电工程建立的E0-VP关系特点及一般规律。研究表明,在考虑主要影响因素后,建立的E0-VP关系具有一定的普遍性和适用性。对评价不同勘探阶段大范围岩体和深部岩体变形参数具有十分重要的工程意义。     

基于灌浆前、后波速变化的岩体固结灌浆效果分析

 基于20多个大型水利水电工程固结灌浆检测资料,分别对断层破碎带、风化及开挖影响区等不同条件岩体固结灌浆前、后波速的变化进行分析,建立固结灌浆后岩体波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系。同时,对波速变化与变形参数之间的关系进行探讨,并与瀑布沟水电站进水塔基础固结灌浆试验结果进行比较。结果表明：待灌浆岩体自身的可灌性是固结效果的决定性因素;不同工程条件岩体具有相对应的波速提高率范围,置信水平为95%条件下,断层破碎带、风化岩体和开挖影响区岩体波速提高率范围分别为14%～38%,10%～25%和6%～16%;波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系可以用来对岩体固结灌浆效果进行预测。     

静力触探p_s值与土体物理力学参数的关联性

本研究基于武汉市某地铁项目汉口—汉阳沿江段勘察成果,对土体静力触探ps值与通过室内土工试验、原位测试试验等多重手段综合得到的各物理力学参数间相关性进行了研究,并建立了相应的线性拟合方程式。结果表明,砂土的预测精度普遍高于粘性土,粘性土的粘聚力c、剪切波速vs、承载力特征值f_(ak)和压缩模量E_s的预测精度大于内摩擦角φ。本研究成果将为武汉地区岩土工程设计的参数取值提供重要的理论参考依据。     

黄土有侧限单向压缩试验及应力—应变关系的探讨

一、概述土的单向压缩试验,是在保持侧向应变为零的条件下对试样施加轴向压力,因此,变形是一维的。试验结果可以得到在总应力条件下,单向压缩的应力—应变关系及“静止侧压力系数”,并可计算泊松比、有侧限体积压缩模量及回弹模量。同时还提出了应力—应变关系的拟合和计算参数,经验证明计算值与实测值较近。该试验具有方法简单直观,便于操作,且加、卸载无滞后现象。     

基于Copula函数的堆石料非线性强度参数相关性及分布模型研究

堆石料非线性强度参数的不确定性及相关性是影响土石坝坝坡稳定可靠度分析结果的关键因素,但传统的正态分布模型无法准确地表征非线性强度参数的相关非正态分布特征。汇总了国内外124座土石坝工程的1257组筑坝堆石料非线性强度参数,基于Copula函数提出了堆石料非线性强度参数联合分布模型的构建方法。分别采用最小二乘法和BIC准则确定堆石料非线性强度参数的相关系数、最优边缘分布函数与最优Copula函数。结果表明:非线性强度参数间存在显著的正相关性;堆石料非线性强度参数的边缘分布和相关系数相同时,不同的Copula函数构造的联合分布函数差异显著;对于条件累积分布函数,当非线性强度参数取值减小时,基于不同Copula函数构造的非线性强度参数的条件累积分布函数差异越显著;与二维正态分布模型相比,基于Copula函数建立的非线性强度参数非线性强度参数联合分布模型灵活性强、适用范围广,能更准确地表征原始数据的分布情况,可为土石坝坝坡静、动力稳定可靠度分析提供简单、有效的分布模型。     

基于钻孔岩芯的RQD_I值获取泥岩地质强度指标(GSI)的方法应用研究

地质强度指标(GSI)是Hoek-Brown准则中重要的参数,其值主要是根据岩体结构和节理条件获取。在工程实践中,由于缺乏可具体量测的典型参数,GSI的取值主观性很强。在Hoek的GSI计算公式的基础上,基于对地铁勘察中钻孔岩芯的描述,引入RQD_I值确定岩体结构,并结合节理的粗糙程度和蚀变程度,建立一个新的GSI值计算公式。根据Hoek-Brown准则,利用该GSI值计算出泥岩的变形模量E_m,结果与勘察单位给出的建议值很接近,说明该方法具有一定的可行性。