基于多元算法融合的TBM在掘岩体力学特性软测量模型研究

针对TBM在掘岩体力学参数实时感知难题，通过借鉴工业控制软测量思想，研究TBM在掘岩体力学参数软测量方法。通过皮尔逊相关系数方法对比选择单刀推力、刀盘扭矩、刀盘转速以及贯入度四个参数作为在掘岩体力学参数软测量模型的辅助变量，分别建立基于最小二乘法回归、BP神经网络和支持向量机的软测量模型，并提出基于改进D-S证据理论的多模型融合算法，对岩体力学参数软测量模型进行决策级融合，并利用吉林引松工程数据进行验证。研究表明，基于改进D-S证据理论的多元算法融合岩体力学参数感知模型能够实现TBM在掘岩体力学参数的实时感知与评估，岩体参数预测准确度大于86%，较其他模型准确度提升3%以上，对TBM工程施工人员根据实时获取的在掘岩体状态选择合理的掘进参数具有重要指导意义。     

对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用

阐述了岩体力学参数研究的工程意义，介绍了国内外常用的几种岩体力学参数的确定方法，指出了Hoek-Brown强度准则和有关改进公式中存在的不足，建立了可以考虑岩体受扰动程度的修正系数Km,Ks，给出了Hoek-Brown强度准则的改进公式。修正系数Km,Ks由完整性系数Kv来表征，既能反映岩体受扰动程度，又方便获取，克服了Hoek-Brown公式和前人改进公式的不足。提出的改进公式，能够更好地确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数。以厂坝铅锌矿岩体力学参数研究为例，分别用提出的改进公式和其他几种方法进行计算，结果表明，所提出的改进公式在确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际情况更为接近。在对比研究的基础上，进一步说明了提出的改进公式的合理性。     

不向工程条件下的岩体力学参数确定方法

在丘陵地区及岩石埋藏不深的地区，建筑物基础常常直接设置于岩体上。而地下工程如地下洞室、矿业工程都直接与岩体接触。深部地下岩体作为隔离核废料的第二屏障，必须掌握地下岩体在多场耦合下的力学特性。对于起不同作用的工程岩体，在确定其力学参数时要采用不同的方法。该文通过对几种典型岩体工程进行力学特性分析，阐述了不同工程情况下确定岩体力学参数的方法。对岩土工程师针对不同工程应如何进行工作具有借鉴意义。     

岩体表征单元体与岩体力学参数

在岩体多场耦合分析中,许多采用岩体表征单元体(REV)讨论岩体的渗透特性。事实上,岩体REV是岩石力学的一个基本科学问题,它是选取岩体力学模型以及确定岩体力学参数的基础。从REV的基本概念出发,阐述岩体REV的力学意义;根据岩石及岩体的结构和地质特征,定义了岩石力学中常见的6个尺度,并分析了REV与其它尺度的关系;归纳总结并提出了岩体REV的3种确定方法:能量叠加法,地质统计法,数值模拟法;讨论了岩体REV与岩体力学模型及岩体力学参数取值之间的关系;提出了岩体力学参数的"5S"相关性和岩体力学参数场的概念和分析方法。     

含断续节理岩体强度的各向异性研究

根据断续节理岩体结构的力学效应和压剪断裂破坏特征，用Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ经验准则预测含断续节理岩体的强度，建立强度参数ｍ，ｓ值与断续节理的几何尺寸、结构形式以及岩桥和节理面物理力学参数之间的定量关系，阐明含断续节理岩体强度的各向异性特征，提出合理确定断续节理岩体强度参数ｍ，ｓ的定量分析法。     

基于人工神经网络及优化方法的岩体力学参数反分析法综述

岩体力学参数的合理选取对岩体工程的设计计算具有重要意义。选取岩体力学参数的方法有很多,基于人工神经网络及优化方法对岩体力学参数的反分析法不需要事先建立数学方程并且可以更好地反映输入因子与岩体力学参数的非线性关系,具有较高的研究价值。首先对岩体力学参数的基本概念及其选取方法以及BP神经网络、RBF神经网络的基本原理进行概述,然后对神经网络样本组织及优化过程、神经网络的输入与输出(即岩体力学参数的影响因子与岩体力学参数)、优化神经网络的方法以及反分析结果的检验进行具体的说明,并且对该方法进行分析与评价,最后提出该方法的一些不足以及对该方法研究的展望。     

边坡岩体力学参数计算值的确定方法

岩体力学参数是影响边坡稳定性的主要因素之一,准确确定边坡岩体力学参数,是进行边坡稳定性分析的关键环节和基础性工作.理论和实践提示:岩体力学参数的合理确定已成为边坡工程理论分析和设计计算的"瓶颈"问题.本文总结了确定岩体力学参数计算值的常用方法和影响参数选取的主要因素,指出边坡岩体力学参数的确定应采用多种方法,以获得合理可行的结果.     

复杂岩体力学参数取值研究

通过对清江水布垭地下厂房岩体力学试验成果的综合分析,研究了岩体性状、试验单元非均质性、试验方法、围压以及各向异性对岩体力学参数的影响,在此基础上进行复杂岩体力学参数取值.     

节理岩体力学参数的选取与应用

在岩块的变形和强度参数及岩体结构面的野外统计窗资料的基础上，利用损伤力学和Hook-Brown准则进行节理岩体力学参数的选取，从而为岩体工程数值模拟提供较可靠的参数。最后，给出了该方法应用于浙江三门核电厂人工边坡数值计算的实例。     

陨石撞击形变场特征及其动力作用过程模拟研究

首先在全面讨论、总结陨石撞击作用的理论与研究方法的基础上，深入分析苍山陨石坑和撞击构造的形变场特征，主要从三大方面揭示其撞击动力源的存在，即构造形迹，地球物理信息和撞击动力学证据，其次，为了深入研究苍山陨石撞击事件，揭示其形变场发展深化规律，尝试从撞击体的岩体力学特性入手，在建立工程岩体连接性模型的基础上，提出了确定岩体力学参数的新方法。新方法主要是为了确定复杂岩体的力学性质而提出的，因此对于复杂岩体，其力学性质的确定目前仍然是困扰岩石力学界的一大难题，无论是室内力学实验，还是室外原位测试，都存在一定的缺陷，尤其对于大型岩体更是无能为力，因此，针对传统实验方法的局限性，通过建立工程岩体连接性模型，以连续微元尺寸作为“介质单元”，利用有限元理论，将先进的计算技术与传统的室内力学实验结合起来，提出了一套确定岩体力学参数的新方法，然后依次确定苍山撞击岩体的各项力学参数。最后，基于这种新方法和ANSYS／LS－DYNA有限元模型实验，研究陨石撞击形变场特征及其动力作用 过程，并依此预测一些重要矿物的分布特征和分布区域。     

玲珑金矿花岗岩岩爆倾向性的实验研究

通过基本岩石力学实验,得到了花岗岩的力学参数,在此基础上,建立了三种岩爆倾向性指标(岩石脆性指数、岩石弹性变形能指数、岩石冲击能指数)对其进行岩爆倾向性判别,结果表明:玲珑金矿花岗岩为强岩爆倾向性,已具备了发生强烈岩爆的内部条件。     

Determination of mechanical parameters for jointed rock masses

Combining with empirical method, laboratory test and numerical simulation, a comprehensive system was presented to determine the mechanical parameters of jointed rock masses. The system has the following four functions: (1) Based on the field investigation of joints, the system can consider rock mass structures, by using network simulation technology. (2) Rock samples are conducted by numerical simulation with the input engineering mechanical parameters of rocks and joints obtained from laboratory tests. (3) The whole stress-strain curve of jointed rock masses under certain normal stress can be plotted from numerical simulation, and then the shear strength parameters of jointed rock masses can be obtained from the whole stress-strain curves under different normal stresses. (4) The statistical values of mechanical parameters of jointed rock masses can be determined according to numerical simulation. Based on the statistical values, combining with engineering experiences and geological investigations, the comprehensive mechanical parameters of jointed rock masses can be achieved finally. Several cases are presented to prove the engineering feasibility and suitability of this system.     

根据岩屑硬度和塑性系数确定地层岩石的力学性质

在石油钻井和开发过程中准确掌握地层岩石的力学性质是非常重要的工作。本文通过对新疆油田部分油气井在钻井过程中获得的岩屑,在实验室测得了岩屑的硬度和塑性系数,在大量试验数据基础上,建立了岩屑硬度和塑性系数与岩石可钻性、抗压强度和研磨性的相关关系,从而获得钻井地层岩石的力学性质。     

基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用

 根据建立的由岩体波速估算地质强度指标GSI和岩体扰动参数D的计算公式,引入Hoek-Brown准则,给出岩体波速预测岩体力学参数方法(简称岩体波速法)。以中缅油气管道(国内段)澜沧江跨域工程边坡岩体力学参数研究为例,并以室内岩石物理力学参数和场区声波测试数据为基础,采用岩体波速法和E. Hoek建议法预测场区的岩体力学参数。结果表明：岩体波速法和E. Hoek建议法所得的结果平均相对误差均较小,两者基本等效,数值模拟结果更进一步验证了工程应用效果的合理性。该方法在试验资料不足的情况下,能为岩体力学参数的快速评价提供一条新途径。     

考虑围压效应的修正软岩热弹黏塑性本构模型

 大量的软岩三轴剪切试验表明,不同的围压下,软岩力学特性变化非常大。随着围压的增加,软岩的应变软化和剪胀性变弱;当围压足够大时,甚至表现为应变硬化和剪缩。已有软岩热弹黏塑性本构模型针对不同的围压大小,需要设定不一样的参数,使其应用到数值分析上带来一定困难。为了能用统一参数来描述软岩受围压影响的力学性质,对已有的软岩热黏弹塑性本构模型进行修正。修正模型中所有参数都具有明确的物理意义且都可通过常规三轴试验确定。通过实验数据与计算结果对比,验证了修正本构模型的正确性。     

深部岩石隐性裂纹的电化学检测机制

岩体工程进入深部以后，出现许多不同于浅部工程的力学现象，使得岩石力学进入了一个新的阶段。为了研究处于深部岩石中的微裂纹，在分析亚微观裂纹相对尺寸和稳定状态的基础上，从静态和动态变化两个角度把亚微观裂纹分为隐性裂纹和显性裂纹，根据深部岩体工程的力学环境，从分子力学和断裂力学角度分析岩石微裂纹的成核扩展微观机制。运用电化学的基本原理，分析岩石微裂纹和其间溶液的界面性质，以及其组成的双电层结构的电化学性质，研究岩石微裂纹扩展引起该体系双电层电容和宏观阻抗的变化规律，并以泥岩为例研究岩石的交流阻抗谱特征参数和裂纹成核扩展的关系。结果表明：利用电化学手段可以检测岩石微裂纹的成核扩展，为进一步研究岩石的断裂行为提供新的检测手段。     

单轴压缩下岩石破坏后区的扰动状态概念分析

岩石的应力一应变全过程曲线以峰值应力为界，通常分为破坏前区和破坏后区两个部分。岩石的破坏后区一般处于非稳定状态，其力学响应难以用经典强度理论来描述。由于岩石破坏后区的力学特性对诸多岩石工程，如地下巷道、矿柱和岩爆等具有重要的工程意义，因此，此方面的研究已受到理论界和工程界的重视。基于扰动状态概念理论，通过定义相对完整状态、完全调整状态和扰动函数，建立了能反映岩石材料破坏后区特性的本构模型。采用RMT-150B型岩石力学试验系统，对5种岩石试样(湖北大悟的红花岗岩、四川雅安的大理岩、江西贵溪的红砂岩、河南焦作的砂岩和花岗岩)进行了单轴压缩破坏试验，得到了各种岩石的应力-应变全过程曲线；利用扰动状态概念分析了各岩样变形和破坏的力学机理。在提出的岩石材料扰动状态本构模型的基础上，对上述几种岩石破坏后区的应力-应变关系进行了数值计算，计算结果与试验结果较为一致。因此，建立的本构模型在一定程度上能描述岩石破坏后区的力学特性。     

煤矿沉积岩层的当量弹性特征探讨

煤矿地下工程所涉及的岩石为层状的,岩石的呈层性,层状岩石结构本身的不连续、非均质性,使工程岩石的力学分析存在相当大的困难。根据工程实际的需要,层状岩石结构中的每一层岩石,均可视为均质、各向同性的弹性体。通过分析计算,用一种当量介质来代替层状岩石结构,从工程岩石力学的不同角度为研究层状岩石的当量弹性特征提供了一种简便的分析方法。     

经历高温后花岗岩与混凝土力学性质的试验研究

对经历高温后的花岗岩和高强混凝土的力学性能进行了试验研究。比较分析了经历不同温度作用后花岗岩和混凝土的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化情况。研究表明:随受热温度的升高,花岗岩和高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降,峰值应变逐渐增大。高温后花岗岩具有明显不同于高强混凝土的特点,受热温度低于400℃,花岗岩的力学性质变化很小,而混凝土的力学性质迅速劣化。高温对混凝土力学性质的影响程度比对花岗岩要明显。     

隧洞围岩力学参数综合估算方法的应用研究

针对目前隧洞围岩力学参数估算方法缺少横向对比的缺憾,本文推荐采用力学参数综合估算方法对待评区围岩进行参数估算。首先对目前常用的行业规范法、拟合公式法、经验准则法等力学参数估算法进行了详细归纳、汇总,并指出各自在应用中需注意的问题、确定方法等,藉此,以某水利水电隧洞0+105 m～0+132 m段为研究对象,基于现场围岩结构特征素描结果进行围岩质量评价,进而实现应用行业规范法、拟合公式法、经验准则法对待评围岩力学参数的估算,并应用横向关联对照分析方法推荐了力学参数的取值结果。经与原位测试与室内试验结果推荐值对比发现,本文采用的力学参数综合估算方法结果与其取值大小、范围均较吻合,验证了该方法的合理性。对于隧洞围岩力学参数的快速、准确估算具有一定借鉴意义。