基于Copula理论岩体质量Q值及波速与变形模量多变量相关性研究

 以锦屏I级水电站坝址大理岩岩体原位变形试验和勘察结果为例,在分析岩体变形模量 、纵波波速 以及岩体质量指标Q值间的两两相关关系的基础上,利用Copula函数能够描述多变量相关性的优点,构造了拟合 , 和Q值间关系的最优Copula函数,并在岩体变形模量估值中进行运用。研究结果表明,三维Clayton Copula函数是拟合岩体波速 ,Q值和变形模量 间相关关系最优Copula函数。利用构造的 - -Q间关系的最优Copula函数求条件概率,可在已知岩体 和Q值条件下计算其他方法对变形模量估值的保证率,或者计算具有一定保证率的岩体变形模量估值,得到具有最优拟合的变形模量估值。该方法建立多因素间的相关关系,使现场试验和勘察的数据得到充分利用,为建立岩体变形模量与岩体参数间相关关系及估值提供一种新的途径。     

二维应力场作用下岩体弹性波速与衰减特性研究

基于岩体在二维应力场作用下的节理变形分析,运用节理变形对岩体中节理体积率的改变,建立节理对岩体中弹性波传播影响的等效模型,从而推导节理岩体在应力场作用下的弹性波传播速度和衰减随应力的变化关系。为检验理论公式的可靠性,对2组含裂缝的石膏模型进行弹性波测试,试验测试结果表明,理论计算结果与试验结果具有较好的一致性。     

基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用

 在分析岩体的变形特性时,岩体变形模量是一个非常重要的参数,一般要通过现场试验来确定。但利用现场试验直接确定岩体变形模量时,具有时间长、代价高以及试验结果可靠性差等缺点。E. Hoek利用地质强度指标GSI,通过大量现场试验数据的分析研究,建立一种新的估算岩体变形模量的公式。分析这种最新计算岩体变形模量的方法,并通过对岩体结构特征和结构面表面特征的定量描述,对GSI系统进行量化取值,特别对岩体体积节理数Jv的取值进行深入分析。最后通过实际工程的运用,研究应用这一方法的具体过程。最后通过与现场试验结果进行对比,分析这一方法的合理性。     

多组贯穿节理岩体正交各向异性变形参数研究

目前对于节理岩体各向异性变形参数的解析方法研究不多。假设岩块为各向同性线弹性体,结构面的应力与位移之间满足线性刚度关系,建立多组贯穿节理岩体的正交各向异性变形参数计算模型,相关计算公式简单实用。进一步的研究结果表明：对于贯穿节理岩体,其体积变形具有正交各向异性变形特性,而剪切变形并不具有明显的正交各向异性。最后通过3DEC数值验证与辅助研究,相关数值成果与理论计算相差较小,说明该理论模型对于岩体各向异性变形与稳定性评价有一定的参考价值。     

考虑岩体变形特性的圆形压力隧洞衬砌应力计算方法

在水工圆形压力隧洞衬砌应力计算中,假定岩体是弹性体,这与岩体变形特性不完全相符。本文根据原位岩体变形试验结果,考虑了岩体弹-塑性变形,按线性强化材料处理,建立了衬砌应力计算方法,给出了岩体产生塑性变形的临界内水压力,并指出了岩体力学参数如何确定。     

盘石镍矿边坡稳定的离散单元法分析

离散单元法是一种分析和解决非连续体离散的问题的数值计算方法。这种方法是以分立的块体为出发点,其基本原理是牛顿运动定律,结合不同的本构关系,用动态松驰法按时步进行迭代求解。对于裂隙岩体的滑坡稳定问题尤为适宜,它可以允许各个块体有较大的位移,甚至变形发展到可以脱离母体而自由倾倒或滑落,显现出岩体变形发展的过程及其破坏形态。本文用离散单元法对盘石镍矿七采区边坡岩体的变形与破坏机理进行了计算与分析,并与现场岩移观测结果进行了对比,表明计算的边坡岩体的变形规律与实测结果基本一致。     

UDEC中Saeb-Amadei节理本构模型的二次开发

控制岩体水力学特性的节理在常法向应力边界条件和常法向刚度边界条件2种情况下的力学变形行为不同。由于Saeb-Amadei节理模型考虑了节理法向变形对节理剪切变形及剪胀的影响及节理吻合度对结果的影响,且适用于常法向应力边界与常法向刚度边界。引入Saeb-Amadei节理模型以研究裂隙岩体水力耦合特性。结合UDEC中的User-defined joint constitutive models接口,采用C++语言,编写Saeb-Amadei节理模型的数值嵌入程序Userjsa,进行单裂隙岩体的数值直剪和数值单轴压缩试验,对比计算结果与解析结果表明,计算结果与解析结果有很好的一致性,验证了数值嵌入程序Userjsa的正确性,为裂隙岩体水力耦合计算提供基础。     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

三峡工程永久船闸中隔墩岩体变形全过程测试研究

针对三峡永久船闸勘探设计阶段已有勘探平洞的布置特点,利用船闸二闸室中隔墩中部的8#平洞主洞,在船闸开挖初期布置多点位移计测孔,实现了中隔墩岩体开挖过程中近4a的全过程监测。根据变形观测设施观测结果,对中隔墩岩体随船闸开挖的变形过程以及岩体的变形特征进行了分析,并将观测结果与数值计算结果进行了比较。最后,对中隔墩岩体的稳定性问题进行了讨论。     

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响，以木寨岭公路隧道为依托，首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场，并结合围岩段落划分，选择典型计算断面；其次，提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法，确定典型计算断面的围岩参数；而后，开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算，剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响；最终，对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：(1)岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应，围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关；(2)围岩条件越差，蠕变增大效应越显著；横断面平均主应力越大，蠕变增大效应中位移增长量越大，而位移增长率变化不明显；(3)蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响，M-C模型预测结果弱于Cvisc模型，与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。     

节理岩体的数值分析和模型试验研究

本文扼要介绍了具有三组任意方位节理岩体的弹塑性和弹粘塑性有限元算法,给出了模型试验的某些细节。所提的算法考虑了节理间距和因变形引起的岩体结构的改变。计算结果与试验结果比较接近。     

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。     

多组贯穿裂隙岩体变形特性研究

 天然岩体通常含有多组平行分布的贯穿裂隙,因此,在工程设计和围岩的稳定性分析中,研究多组贯穿裂隙岩体的变形及其变形特性具有重要意义。假设岩块为各向同性线弹性体,裂隙的应力与位移之间满足线性刚度关系,利用莫尔应力圆方法,建立多组贯穿裂隙岩体变形的计算模型。在此基础上,将裂隙岩体等效为各向异性连续体,给出裂隙岩体的等效弹性模量和等效泊松比,研究岩块和裂隙的材料和几何参数对岩体等效弹性模量和等效泊松比的影响。模型能较全面的考虑构成岩体的岩块和裂隙的材料参数与几何参数对岩体变形的影响,对预测岩体的变形和稳定性有一定的参考价值。     

DDA数值模拟及其在岩体工程上的初步应用研究

根据已初步开发出的ＤＤＡ模型计算程序，分别就某工程试验洞洞挖和边坡明挖问题进行了计算，并与有限元结果进行了比较。两种开挖问题计算结果表明，ＤＤＡ模型计算结果在岩体开挖位移形态及位移量级上与有限元及实际位移监浊结果都具有较好的可比性，说明该模型所反映的岩体开挖变形趋势是符合实际的，分别就ＤＤＡ模型应用于岩体洞挖和明挖计算时所存在的问题进行了讨论，包括岩体开挖荷鞯施加方式、块体界面特性模拟以及块体系统     

断续节理扩展算法在隧道围岩稳定分析中的应用

利用虚节理力学性质参数弱化函数,在 Jennings 强度准则基础上 提出了应用于非连续变形分析计算的断续节理强度形式;然后,将虚节理力学性质参数弱化规律和断续节理强度表达式运用于非连续变形分析计算程序中,实现了对断续节理扩展过程的模拟算法 ;并通过剪切试验计算结果与室内试验结果的比较,验证了该算法的正确性。利用该算法对节理岩体中金鸡山隧道进行了围岩稳定性分析,分析结果客观反映了节理展布特征对隧道围岩的变形影响和节理岩体隧道围岩位移分布特征,表明了断续节理扩展算法在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。     

DDA 数值模型及其在 岩体工程上的初步应用研究

根据已初步开发出的ＤＤＡ模型计算程序，分别就某工程试验洞洞挖和边坡明挖问题进行了计算，并与有限元结果进行了比较。两种开挖问题计算结果表明，ＤＤＡ模型计算结果在岩体开挖位移形态及位移量级上与有限元及实际位移监测结果都具有较好的可比性，说明该模型所反映的岩体开挖变形趋势是符合实际的，分别就ＤＤＡ模型应用于岩体洞挖和明挖计算时所存在的问题进行了讨论，包括岩体开挖荷载施加方式、块体界面特性模拟以及块体系统嵌入差别等问题。     

块系岩体动力特性理论与实验对比分析

由于深部岩体存在构造等级现象，因而使作为岩石力学分析基础的连续介质力学缺乏依据。超低摩擦实验效应则集中反映块系岩体动力特性的机制，对超低摩擦实验现象的解释与验证非常重要。首先通过对超低摩擦实验现象的描述及数据的整理归纳出规律，然后建立块系岩体动力模型并进行理论分析及数值计算来验证超低摩擦效应，揭示出产生这一效应的根本原因在于法向力的重分布以及动摩擦因数的变化，而且实验现象与数值计算在趋势上是一致的。在具有构造等级的深部岩体介质的变形过程中，储能及返还性状与介质变形的摩擦因数有关。根据深部岩体的构造特点、高地应力及含能和非协调变形的特点，围绕深部岩体工程响应发生的静、动力特征，提出深部岩体的构造、变形与破坏需要研究的科学问题。     

节理岩体正交各向异性等效变形参数研究

将节理岩体变形视为线弹性的岩块变形和非线性弹性的结构面变形之和,在分析已有结构面变形特点的基础上,提出了一种新的结构面法向变形计算公式,该公式可以考虑岩体初始应力状态对变形的影响。然后,利用岩体裂隙网络和等效连续应变理论,研究节理岩体等效应变的计算方法,并根据正交各向异性的弹性本构模型,将岩体作为正交各向异性连续材料计算其等效变形参数。最后,编制相应的计算程序,通过计算实例验证了研究成果的合理性。     

考虑岩体空间变异性的隧洞围岩变形随机分析

准确和全面地预测隧洞开挖所引起的围岩变形是隧洞设计和施工中的一个关键问题。目前常用的确定性分析方法不能考虑岩体的空间变异性,而这种空间变异性对围岩变形计算结果的准确性和可靠性有着重要的影响。为此,提出采用非侵入式随机分析方法研究岩体空间变异性对围岩变形的影响。采用随机场模拟岩体的空间变异性,采用有限元计算围岩的变形,研究岩体弹性模量和侧压力系数的空间变异性对围岩变形特别是地表位移的影响。结果表明,非侵入式随机分析方法的优势在于有限元计算和随机分析不耦合。侧压力系数的空间变异性对围岩变形的影响远小于弹性模量的影响。由于低强度占优效应的影响,岩体的特征模量小于数学平均值。弹性模量随机场中横向和竖向波动范围参数对围岩变形有明显不同的影响。     

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。