岩石边坡块状结构岩体稳定性分析和可靠性评价

利用全空间赤平投影和矢量计算对边坡关键块体滑动方向、结构面交点、面积、体积和安全性建立了计算方程。同时结合可靠度理论给出关键块体失效概率评价式。最后以五面结构岩体为例说明所建方程的应用。     

基于纵波波速的块状岩体GSI系统

 为减少目前GSI系统对现场地质观察的依赖程度,降低其应用难度,且使其能更加准确地反映一定深度范围内的岩体特性,根据现有研究成果与GSI系统输入参数的定性、定量对应关系,建立基于纵波波速的GSI系统,据此获得大岗山坝区岩体的GSI,通过对比分析此结果与经验公式的结果及基于GSI的岩体变形模量的预测值与实测值的分布规律及其相关性,探讨了将岩体完整系数和岩石风化程度系数作为GSI系统输入参数的可行性。结果表明：基于岩体完整系数和岩石风化程度系数的GSI系统基本可行;风化程度输入参数采用风化岩石与未风化岩石的波速比平方较为合理;岩体完整系数和岩石风化程度系数丰富了GSI系统的输入参数。     

岩体边坡治理决策的模糊层次分析方法研究

针对岩体边坡治理方案评价是个多目标、多层次的评判及其评价指标的模糊性问题，提出了基于熵权的岩体边坡治理决策的模糊层次分析方法，该方法通过两两指标元素相比较的技术，采用三角模糊数来建立判断矩阵，改善了常规层次分析方法所给出的判断矩阵的不平衡问题。根据水平截集和乐观指标，进行模糊区间运算，从而得出熵权，再根据熵权的大小对岩体边坡治理方案进行评价。对板岩山危岩边坡体的治理方案评估，采用该方法进行了分析。     

块状岩体的稳定可靠性分析模型及其应用

依据工程岩体的力学介质分类，利用块体理论与赤平投影方法，建立了块裂力学介质工程岩体中块状岩体的稳定可靠性分析模型。并利用该模型分析了某大型地下空间块状岩体的稳定概率。所述工程实例展示了模型的实用性和应用前景。     

黄麦岭磷矿边坡岩体抗剪强度参数的随机–模糊法取值研究

根据岩体划分的模糊性和样本具有的随机性，提出采用随机–模糊法来选取岩体抗剪参数c，j 值，并推导了c，j 值的数字特征公式。黄麦岭磷矿采场边坡岩体抗剪强度参数的选取研究表明：采用随机–模糊法选取的结果较传统法要更符合实际。     

黄麦岭磷矿边坡岩体抗剪强度参数的随机-模糊法取值研究

根据岩体划分的模糊性和样本具有的随机性,提出采用随机–模糊法来选取岩体抗剪参数c,j 值,并推导了c,j 值的数字特征公式。黄麦岭磷矿采场边坡岩体抗剪强度参数的选取研究表明:采用随机–模糊法选取的结果较传统法要更符合实际。     

多层软弱夹层边坡岩体稳定性及加固分析

 野外地质调查发现九顶山边坡岩体内存在3条规模较大的软弱夹层控制着岩体的稳定性。采用数值法对该边坡岩体的变形特征进行研究,发现直接开挖后沿软弱夹层将发生大的相对滑动,岩体最大水平位移位于P2软弱夹层坡面附近,达1.25 cm,相对滑动造成软弱夹层强度降低为残余强度,易造成边坡失稳。P1,P2软弱夹层上剪应力最大值分别为239.0,172.4 kPa,位于滑面中前部。当采用锚喷加固边坡时,锚杆穿过软弱夹层时轴力突然增大,表明3条软弱夹层均发生较大的变形,对边坡稳定较为不利,但锚杆加固效果明显,能较大地提高边坡稳定性,采用强度折减法计算得到加固后边坡稳定性系数为1.65。结果表明,应用数值模拟技术,可以直观形象地反映出边坡变形及应力变化的全过程,从而对工程措施优化、信息化设计和施工起超前预报与辅助决策起到一定的作用。     

基于遗传算法的岩体结构面的模糊C均值聚类方法

提出了一种基于遗传算法的岩体结构面模糊C均值聚类方法,避免了人为划定分类界限的主观性,解决了模糊C均值聚类算法的局部最优的弱点。同时结合现场实测数据,对应用该方法进行结构面产状分类的具体步骤、参数选取、分组有效性和优势方位判定进行了分析和讨论。     

基于激光点云数据的岩体结构面全自动模糊群聚分析及几何信息获取

 岩体结构面的优势产状和几何信息是评价岩体结构面发育的重要指标,而传统的罗盘测量方法往往无法测量高陡边坡和危险边坡,且无法精确获取岩体结构面几何信息等。三维激光测量技术可以远距离获取裸露岩体坡面的高精度三维激光点云数据,进而可获取结构面的几何信息和实现全自动模糊群聚统计分析。对高精度激光点云数据进行三角网重构,计算重构的三角网平面方程的法向向量及产状,利用模糊C平均群聚方法对结构面产状进行群聚分类,并采用不同颜色表示结构面的群聚分类结果。在此基础上应用IDL语言编制基于海量激光点云数据的岩体结构面自动统计分析软件FSS,将该方法应用于怀柔桥梓镇一裸露岩石边坡结构面优势产状的统计分析中,统计结果表明,该方法具有快速和远距离测量的优点,且结构面群聚分类结果可靠、合理。     

挡土墙稳定性模糊随机可靠性分析

挡土墙稳定性的不确定性因素主要包括随机性和模糊性。基于模糊数学和概率统计理论,将模糊随机可靠性理论应用于挡土墙稳定性分析中。引入界限参数来确定模糊区域范围,用半梯形隶属函数表征状态函数从安全区、模糊区向破坏区的过渡,给出了模糊随机可靠性的计算方法。本文结合实例得出了在不同界限参数条件下的模糊可靠性指标,分析了模糊区界限参数的变化对模糊可靠性指标的影响,以及功能函数均方差对可靠性指标的影响,使挡土墙稳定性分析更为合理。本文为结构可靠性评价提供了新的思路,对其它工程设计有一定的指导作用。     

复杂边界条件下的岩体网络渗流分析

初步建立了适用于岩体网络渗流分析的防渗帷幕和排水孔幕模拟方法,提出复杂边界条件下渗流分析的边界预调整法,并通过算例表明所提方法是合理有效的。     

考虑锚杆腐蚀作用的岩质边坡系统可靠度分析

 锚杆腐蚀是导致锚固工程事故的重要原因之一,为此,主要研究锚杆腐蚀作用对锚固岩质边坡系统可靠度的影响。首先,在系统分析现有钢筋腐蚀模型及锚杆腐蚀试验数据基础上,确定锚杆腐蚀模型。分析与腐蚀作用相关的锚杆自由段屈服失效模式和锚固段锚杆与注浆体界面黏结失效模式,进而确定相应的锚固边坡失效模式。给出基于蒙特卡洛模拟的边坡时变系统可靠度分析方法,并以锚固岩质边坡为例证明所提方法的有效性。结果表明：K. A. T. Vu和M. G. Stewart提出的钢筋腐蚀模型适用于分析处于密闭潮湿和干湿交替环境条件之间的锚杆腐蚀作用。在锚杆服役的前期,自由段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响较大,而在后期锚固段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响开始变得较大,并且锚杆服役后期锚固力和边坡系统失效概率的变化幅度明显大于前期。边坡系统失效概率随锚杆握裹层厚度的增加而减小,随注浆体水灰比的增加而增大,当握裹层厚度和水灰比达到一定值时,边坡系统失效概率随时间增大的程度并不明显。     

地下工程锚固岩体有限元分析的并行计算

为了解决当前大型岩土工程单机计算困难、计算时间长、精度低的问题,在弹塑性有限元串行算法的基础上,提出了考虑岩体锚固问题的弹塑性并行算法,用VC 6.0开发了基于Windows操作系统的并行有限元计算程序,实现了数据的分布式存储和计算,并在计算机集群(COW)上成功地对水布垭尾水洞洞室支护进行了并行有限元计算分析。与单机串行算法相比,较大程度地减少了计算时间,提高了计算效率。     

岩体结构面产状的综合模糊聚类分析

在岩体的力学和水力学分析中,岩体结构面产状的分析是极为重要的基础工作。传统的结构面产状图形分析较粗糙,因此模糊聚类方法得到了一定的应用。分析了模糊等价聚类方法和模糊软划分聚类方法在岩体结构面产状分析中的优缺点,并将上述2种方法结合起来形成岩体结构面产状的综合模糊聚类分析方法,给出具体的计算方法和过程。实例分析表明,结构面产状综合模糊聚类分析方法对结构面产状的分类合理,结果可靠,可根据实际问题灵活运用。     

裂隙岩体渗流场与损伤场的耦合分析

通过引入渗透压力附加柔度张量的概念以及考虑渗透张量的演化行为，详细研究了裂隙岩体渗流与损伤变形的相互作用机理。在此基础上建立了基于两场耦合的裂隙岩体渗流损伤模型。工程算例结果表叫，当存在地下流体流动时，渗流对岩体变形破坏以及损伤变形对岩体渗流场的影响是不可忽略的。     

考虑时效特性的锚固岩质边坡变形可靠度分析

 提出基于非侵入式随机有限元法的岩质边坡变形可靠度分析方法。建立考虑腐蚀效应的锚杆锚固力随服役时间变化模型。给出边坡变形可靠度分析非侵入式随机有限元法的计算步骤。研究锚固边坡变形失效概率与最大允许变形值之间的关系,并基于参数敏感性分析提出边坡最大允许变形取值方法。以锚固岩质边坡为例,证明所提方法的有效性。结果表明：非侵入式随机有限元方法为考虑时效特性的边坡变形可靠度分析提供一条有效的途径。随着锚杆服役时间增加,锚杆腐蚀作用对锚固边坡变形可靠度的影响越明显。考虑时效特性的边坡变形失效概率常用对数 与边坡最大允许变形值间存在近似线性关系,而且随着边坡可靠度水平增加,该线性关系表现得越明显。     

岩体地下结构围岩稳定非概率可靠性的凸集合模型分析方法

在岩体地下结构围岩稳定可靠性分析中,由于岩体的物理力学参数本身的特点,通常只能在岩体分类的基础上给出其变化的区间,要得到其概率密度分布函数和隶属函数是非常困难的。采用传统的统计概率和模糊概率模型得出的概率结论只具有理论上的意义。针对岩体地下结构围岩的特点,引进非概率的可靠性分析方法,采用凸集合模型描述基本参数的不确定性,将结构功能函数转化为仿射函数,对于给出了设计安全域的地下结构,利用仿射函数在凸集合域上求得响应输出区间,通过比较设计安全域和响应区间,确定其可靠性;对于没有明确给出设计安全域的结构,通过分析功能函数在凸集合模型上的均值与离差关系,给出其可靠性度量的非概率指标。在非概率凸集合模型分析方法中不必拟合概率密度函数和隶属函数,所需信息量少、准确度高,实例分析展示了凸集合模型分析方法的实用性。     

公路隧道围岩模糊信息分类的专家系统

符合实际的围岩分类是公路隧道设计和施工的重要依据，是准确进行施工地质超前预报的指南。目前的公路隧道围岩分类规范中，围岩类别与各评定指标间尚未建立起精确的本构关系，在具体应用时受人为因素影响较大。针对围岩分类中存在的这类“模糊性”问题，引入模糊信息分析模型，借助专家丰富经验和既有隧道围岩分类信息，创建了公路隧道围岩模糊信息分类的专家系统，在围岩定量分类方面取得新的进展。     

开采扰动岩体力学性质变异试验研究与探测分析

 根据弹性模量变化定义岩体损伤变量,结合室内岩石单轴全应力–应变循环加、卸载试验,探究岩石损伤过程中电阻率的变化,获得岩石单轴压缩各个阶段电阻率的变化规律,分析发现电阻率与弹性模量以及抗压强度之间的变化关系符合对数数学模型,可实现用电阻率变化表征岩体损伤变量。同时,利用刚性试验机进行大理岩三轴压缩试验,研究不同损伤状态下抗剪强度的变化规律,试验结果显示,不同损伤状态下弹性模量与抗剪强度变化关系符合对数数学模型,且整体变化规律差异不大。根据上述研究结果,最终建立损伤过程中电阻率、弹性模量、抗压强度及抗剪强度之间的经验公式,实现用电阻率变化表征扰动岩体的力学性质变异。最后,利用抚顺东露天矿边坡现场高密度电法探测结果,得出边坡地层开采扰动前后视电阻率变化,代入经验公式估算出扰动边坡岩体的力学参数,为进一步分析井工开采扰动边坡的稳定性提供岩石力学参数选取依据。