工程地质力学及其应用中的若干问题

工程地质力学的研究对象是地质体变形破坏规律,地质体的基本特性为非连续、非均匀的变化,应用工程地质力学解决实际问题的关键在于判断当前地质体的状态,描述其力学特点及演化过程,它以地学为基础,力学为辅助手段,工程为研究目的,以期解决工程问题中有关地质力学的问题。无论是何种类型的地质力学实验,其能否真正解决实际工程问题,都取决于对地质条件的认知程度。因此,在应用工程地质力学的过程中,应当注意分析力学测量参数,并研究可获得力学参数的相关仪器,在提出完整力学模型的同时,注重计算方法和可行性验证和应用探讨。     

漫谈岩土工程发展的若干问题

受《岩土工程界》编辑部之约,为“中国岩土2000年”特刊写一篇文章,现以一问一答形式漫谈岩土工程发展若干问题,并顺便介绍自己如何与岩土工程结缘的。1　如何与岩土工程结缘?在研究生面试时,我常问来报考的学生:你为何学岩土工程?回答常是岩土工程可研究的问题多,岩土工程在土木工程建设中如何重要等等。问我自己,如何答呢?我在清华大学学的是结构工程,大学四年级时曾参加杨式德教授主持的地下结构抗爆研究工作。当时曾有成为抗爆防爆专家的理想。文化大革命改变了每个人的道路。大学毕业后在陕西凤县秦岭山区从事“大三线”建设。开始几年…     

谈谈工程地质中和地质力学相关的问题

工程地质是工程建筑与地质环境相互关系的问题,是工程地质学研究的对象。地质力学是运用力学的观点研究地壳构造和地壳运动规律的一门科学是工程地质学的一个分支,是实用性科学。地质力学在工程地质方面的应用总的来说在分析岩体的稳定性和区域稳定性两个方面。     

岩体弹塑粘损伤力学模型及其工程应用

由于岩体受开挖卸荷作用，导致岩体损伤以及质量的进一步裂化，因此，有必要考虑岩体的损伤蠕变。将岩体损伤作为一种元件来考虑，将其和弹性元件、塑性元件和粘性元件串并联建立一种岩体弹塑粘性损伤力学模型。根据建立的力学模型，推导模型的本构方程，分析其蠕变特性，并得到该模型的等效蠕变模量的计算式。将其应用于工程实际中；并将所得结果与实测数据进行比较，其变形趋势相近。     

岩石工程数值分析中选择岩体力学参数的神经元网络方法

讨论了确定岩石工程数值分析中所需输入的岩体力学参数的人工神经元网络法,这种方法的优点是可以考虑的较多非定量的岩体地持同描述。应用实例表明,计算结果与实测结果比较一致。     

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。     

工程岩体非线性蠕变损伤力学模型及其应用

 针对元件组合流变模型多半反映的是蠕变线性关系或发生加速蠕变时间过快的不足,根据工程现场压缩蠕变试验成果,提出工程岩体流变效应的损伤因子,建立非线性损伤黏弹塑性本构模型,通过ABAQUS编制程序并采用压缩蠕变试验的数值模拟,验证蠕变模型和编制程序的正确性。最后,将此非线性蠕变损伤模型应用于大岗山水电站地下厂房的施工开挖全过程的数值仿真,并对考虑损伤和未考虑损伤2种工况的计算结果进行对比分析,结果表明,考虑岩体损伤工况下的围岩体塑性屈服范围和程度、洞壁位移值趋势能更客观地反映工程岩体的变形和破坏特征。     

模糊数学在工程岩体质量评价中的应用

在工程实践中 ,常需要对工程岩体质量进行评价 ,而以往和现行的分类方法往往出现矛盾的地方。本文力图运用模糊数学的Fuzzy综合评判法 ,采用M (· ,十 ) ,M (Λ ,V)两种模型的运算 ,对岩体质量进行多指标综合评价。     

节理岩体数值计算方法及其应用(一)：方法与讨论

叙述了工程岩体的典型破坏类型、发生条件和判断方法，简单介绍了针对节理岩体的数值计算方法发展过程、现状和特点，重点叙述了利用3DEC基本功能生成三维随机节理网络和节理力学参数的随机赋值方法。其中三维节理网络技术可以非常逼真地模拟现实条件下各种复杂形式的节理分布，甚至可以直接利用节理的地质编录资料在数值模型中生成确定位置上的确定性节理，在某种程度上一体化地实现了节理岩体的计算机模拟和数值计算，促进了不连续岩体、岩石计算方法在应用技术方面的发展。最后讨论了不连续力学数值计算技术的工程应用，指出了合理运用数值计算方法解决工程问题的一般原则。     

西部大开发中的岩土力学问题

针对西部大开发中广泛的岩土工程问题提炼出四个有代表性的岩土力学问题 ,就该岩土力学问题的研究现状、存在的困难、发展方向等进行了探讨 ,可望对这一问题引起抛砖引玉的深究。     

工程地质岩组与岩体质量分级在岩石工程中应用对比

在多不良地质体存在条件下,不同建设阶段岩体质量级别判别结果常会出现较大差别,成为岩石工程建设中争论焦点之一。岩体质量分级可给出相应力学参数,但对复杂地质体的变形破坏模式难以区分,影响到合理的开挖和支护方案的制定。结合岩石工程目标,在地层岩性对比和相应物理力学特性区分基础上,划分出的工程地质岩组,成为了工程地质条件评价、分区和工程规划的重要基础。在岩石地下工程设计和施工中还需有岩体质量分级作为依据。前者是以岩体工程地质力学观点为基础的较大范围的定性分类,抓住地质体关键内因之一的岩体地质建造和构造改造来分类,有利于得出相应变形破坏模式;后者以单指标或多指标来计算评判岩体质量好坏,包括了工程岩体本身和所处地质环境因素。在岩石工程不同阶段和不同层次上,它们的依据和应用各有所长,对工程地质问题的大尺度超前预报和工程设计起着不同作用,而又有一定的交叉和重叠,结合起来运用可发挥合理解释变形破坏模式和对比不同阶段判别结果的工程效果。结合雁门关隧道工程,给出它们的应用情况对比,以便于其在不同工程建设中更好地区别运用。     

岩石力学与工程综合集成智能反馈分析方法及应用

首先,给出岩石力学模型和参数综合智能反分析的几种新方法:岩石(体)力学参数的智能反演方法、岩石(体)本构模型的结构和参数耦合智能识别方法、岩石(体)力学参数的时空变异性反分析方法(即集合Kalman滤波和扩展Kalman滤波方法)、力学参数和模型可以不断更新的演化并行有限元反分析方法和基于模型的结构和参数智能识别的岩体工程安全性的综合集成智能分析方法。其中,岩石(体)力学参数的智能反演方法又包括4种,分别为均匀设计(或正交设计)–数值计算方法、粒子群(或遗传算法)–数值方法、均匀设计(或正交设计)–演化神经网络–数值方法–遗传算法(或粒子群)以及均匀设计(或正交设计)–演化支持向量机–并行数值方法–遗传算法(或粒子群)。然后,讨论智能反分析时应注意的待反演参数对监测物理量的敏感性、可以进行反演的参数个数以及模型和参数反演结果的适应性评价等问题。最后,给出这些智能反馈分析方法的工程综合应用概况。     

中国岩石工程若干进展与挑战

 根据中国作者近年在中国岩石工程领域相关期刊发表的文章,结合岩石工程相关领域的国家奖获奖内容、973国家重点基础研究计划项目、国家自然科学基金重大项目的研究成果及本学报系列“陈宗基讲座”的内容,对10余年中国岩石工程学科的进展与挑战进行分析和论述;进而总结归纳了中国岩石工程中的主要问题、关键理论、勘测设计、开挖加固、预警预报等方面的若干进展,并介绍了中国典型岩石工程案例;最后基于中国岩石工程的特点与不足,提出10个挑战性问题,并指出了岩石工程领域的发展方向。     

岩体应力与渗流的耦合及其工程应用

岩体中应力与渗流的耦合对于工程应用十分重要。应用孔隙弹性力学理论，研究裂隙岩体与多孔介质岩体的应力变化引起的渗透性变化。推导出应力与渗透系数的关系式，得出由于多孔介质含水层疏水及应力变化造成的地表下沉计算公式。基于孔隙弹性理论，开发用于耦合应力与渗流的有限元计算软件。采用有限元方法耦合应力与渗流的关系，模拟不同采宽条件下采煤工作面的采动影响特征，得出工作面围岩渗透性变化、覆岩破坏高度、地表下沉与工作面几何参数的关系，这对于类似条件下的煤矿开采与设计有指导意义。     

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。     

三维地质建模以及在边坡工程中的应用

三维地质建模对工程决策、地质分析预测及提高制图效率有非常重要的意义。通过一个工程实例，详细地阐述了三维地质模型的建立过程，包括数据的分析和预处理、表面和实体的生成、断层和地层以及三维地质模型的其他要素的处理。最后，利用GemCom软件平台生成一个适用于实际工程的三维地质模型，并对其进行了检验。另外，提出了使用拉普拉斯插值法和不规则三角网结合的三维表面生成方法，相对于传统的不规则三角网有很大改进。     

非可溶岩隧道突涌灾害预测研究及工程应用

 隧道等地下工程施工过程中,突涌事故一般发生在可溶岩隧道中,然而近些年非可溶岩隧道发生突涌事故的案例越来越多,给隧道施工带来重大灾难和经济损失。首先,通过3个突涌事故案例的剖析,揭示非可溶岩隧道突涌的本质是开挖或爆破扰动触发赋存在破碎带或软弱带中的水和碎屑物在自身压力作用下涌入隧道,其孕险环境必须同时具备物质条件、空间条件和触发条件,三者缺一不可。物质条件是充足的水和砾石、砂、泥等原地性或外源性的碎屑物;空间条件是突涌物的存储和运移的破碎带或软弱带等;触发条件是岩体的开挖扰动和爆破扰动。非可溶岩隧道施工过程中突涌灾害的预测就是对掌子面前方能够赋存潜在突涌物的破碎带或软弱带及其带内物质组成、固结程度的辨识。然后,针对突涌灾害的物质和空间条件给出基于地质、物探和钻探的综合超前预报体系;结合实践,重点建立地震波反射法(TGP)成果中的反射幅度比、波轴相似度等参数对异常地质体的地震动态响应特征。最后,将上述成果应用到岩前隧道的F17断层破碎带的预报中,通过宏观工程地质分析和已开挖段的地质调查及试验,全程动态追踪隧道揭露围岩的统计及力学特征;通过未开挖段长距离的TGP探测和短距离的地质雷达和水平钻孔探测,辨识隧道即将揭露区段突涌灾害的孕险环境,实现对断层破碎带位置、规模、空间展布的精确定位,对带内物质组成及胶结程度的确认,成功预测突涌事故的发生。实践证明,上述综合预报技术体系能够预测非可溶岩隧道的突涌灾害,其结果准确可靠,可为类似工程提供参考和借鉴。     

岩土工程不连续变形分析计算中的若干问题

通过引入黏性阻尼吸收块体动能,基于变分原理建立考虑阻尼力影响的块体系统总体平衡方程,给出DDA方法求解准静态问题的正确能量耗散方式,并定义系统达到稳定状态后的位移、速度以及加速度收敛准则和相应的控制标准.考虑到开挖岩体的稳定性与开挖程序及应力历史紧密相关,根据DDA方法的特点,探讨DDA数值模拟中开挖荷载和锚固支护荷载的计算问题,发展采用DDA模拟岩体分期开挖的两种计算方法:基于开挖荷载的模拟方法和基于软化单元的模拟方法,并给出相应的迭代计算格式.数值算例和工程实例分析表明,针对上述问题进行改进后DDA方法不仅具有较高的计算精度,而且具有较好的收敛性能,便于在实际工程中应用.