泥岩条件下水工隧洞岩石参数反演计算数值分析

岩石力学参数的确定是岩土工程数值计算中的关键问题,岩体参数的准确性,对数值计算的结果会造成很大的影响.而实验室内对岩体参数的测定均存在尺度效应问题,且现场取样的数量往往不多,因而很难得到工程区域的岩体真实参数.采用反演分析的方法可以综合考虑诸多因素的影响,更加准确地得到岩体的参数.正反分析法是先假定待反演的参数,通过正演分析得到岩体结构的位移或应力等,然后将其与实测值相比较,并按一定方式修改调整待反演参数,逐步逼近实测值,从而确定待反演的岩体参数.结合国外泥岩水工隧洞工程实例,利用实际监测数据对现场岩体参数进行反演计算,最后,通过分析比较,获得比较符合实际的岩体参数,为隧洞初期支护参数的合理确定奠定基础.     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩参数智能反分析

岩体力学参数的合理确定是隧道工程中一项基础性工作,也是隧道施工过程中存在的一个重要问题,直接关系到分析结果的正确性和可靠性,反分析作为一种可以较好地确定岩体力学参数的方法,在岩土工程领域得到广泛应用.本文基于Hoek-Brown强度准则,首先利用敏感性分析理论对Hoek-Brown准则中4个参数进行了敏感性分析,然后编制遗传-粒子群反分析程序进行隧道围岩物性参数的反分析.基于反演分析得到的围岩力学参数,对下一步施工产生的影响进行预测,取得了良好效果,验证了所提方法准确、可靠,具有一定的适用性.     

围岩粘弹性本构方程的反演识别

可用于模拟岩土介质系统工程响应性态的数学物理模型很多。就采用连续介质力学的原理而言，岩土力学基础理论研究发展了众多的本构关系模型，因而模拟计算分析的准确性与岩体本构关系的选择有关。本文研究直接利用岩体工程现场位移量测信息判别岩体粘弹性本构关系模型的原理和，岩体力学反演理论的一个重方面。算例分析表明本文所提方法有较大的工程应用价值。     

基于DEPSO混合智能算法的岩土体应力-渗流-损伤耦合模型多参数反演研究

随着复杂岩土工程问题研究的深入,开展关于岩土体应力-渗流-损伤多参数反演问题的研究具有显著意义.引入差异进化算法(Differential Evolution Algorithm,DE)—粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)混合智能算法DEPSO到岩土工程应力-渗流-损伤耦合问题参数反演研究之中,该混合智能算法可以保证两个种群的相互协调开发能力和探索能力之间的平衡,维持整个种群的多样性,降低陷入局部最优或早熟停滞的风险.通过两个经典测试函数,针对DEPSO、PSO以及DE这3种算法的收敛性、鲁棒性进行对比分析,并讨论在DEPSO算法中DE控制参数、差异策略的控制作用.将岩体应力-渗流-损伤耦合模型与DEPSO混合智能算法结合起来,建立耦合模型多参数反演方法,并采用C++编制程序,构建基于DEPSO混合算法的耦合多参数反分析平台.依据应力-渗流-损伤耦合正分析计算的结果作为"假想实测值",进行多参数反演分析,以及方法和程序的验证.研究结果表明:所建立的基于DEPSO混合算法的耦合多参数反分析方法,可以同时反演多个力学参数和渗透参数,能够较好地解决岩土工程多参数反演问题,在计算效率方面高于单一智能算法,具有较好的反演精度和鲁棒性,是一种新颖和高效的反分析方法,可以更好地为复杂环境岩土工程动态施工提供帮助和依据.     

岩体参数的反演分析方法

岩体参数的反演分析是水电工程的设计与数值计算的基础,直接影响到计算结果的真实性。归纳总结了岩体参数的各种反演方法,分析比较了其优缺点和适用条件,提出了岩体参数反演分析方法的发展趋势。     

赣南花岗岩风化带岩土体强度特征及边坡破坏模式分析

为研究赣南地区花岗岩风化带岩土体强度特性及边坡破坏模式,采用室内岩矿鉴定、X粉晶衍射试验和电镜扫描等方法对原岩和全风化花岗岩进行矿物成分和微观结构分析,同时通过全风化花岗岩三轴固结不排水剪切试验,中风化花岗岩单轴和三轴试验对风化带岩土体的强度特征和破坏模式进行了研究。结果表明:随着围压增大,全风化花岗岩应力-应变关系发生了转型,破坏模式为先鼓胀再剪切破坏;中风化花岗岩在单轴压缩条件下经历了四个破坏阶段,三轴试验得到岩块的抗剪强度参数,经虎克布朗准则反演得到了岩体的强度参数。结合野外特征,赣南花岗岩风化带岩土体边坡失稳破坏模式主要有5种,其中坡面冲刷破坏占比较大。     

坝基岩体力学参数的PSO-ABAQUS联合反演

为解决常规试验和工程类比法确定坝基岩体力学参数与实际情况不符的问题,提出基于粒子群优化算法(PSO)和ABAQUS的坝基岩体力学参数联合反演算法,给出该联合反演算法的具体实施流程并编制相应的FORTRAN计算程序,构建了坝基岩体力学参数的数学反演模型,实现了基于施工和运行期实测变形资料的坝基岩体力学参数PSO-ABAQUS联合反演。算例分析表明,PSO-ABAQUS联合反演法简便易行、反演效率较高,是一种用于合理确定坝基岩体力学参数的通用方法。     

基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演

基于现场变形观测资料的优化反演是确定边坡岩体力学参数的主要方法之一,其本质是一个岩体力学参数的寻优过程,因而,如何选择一个高效的优化算法是其核心问题之一.目前,粒子群优化算法已被应用于边坡工程力学参数反演,但其算法实现为同步模式,最优粒子的信息不能及时共享,降低了优化效率,使得反演耗时较多.鉴于此,提出基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演,该算法的搜索步伐并不一致,粒子间表现出异步性,因而寻优效率明显高于同步模式,可有效解决在边坡工程中岩体力学参数反演中存在的低效问题.在此基础上,构建了边坡工程岩体力学参数反演模型,并采用ABAQUS作为反演分析中的正分析工具,给出了边坡工程岩体力学参数反演的实现流程,完成了程序编制,进而通过算例分析,验证了所提出的方法和程序编制的可行性和高效性.     

基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演

基于现场变形观测资料的优化反演是确定边坡岩体力学参数的主要方法之一,其本质是一个岩体力学参数的寻优过程,因而,如何选择一个高效的优化算法是其核心问题之一.目前,粒子群优化算法已被应用于边坡工程力学参数反演,但其算法实现为同步模式,最优粒子的信息不能及时共享,降低了优化效率,使得反演耗时较多.鉴于此,提出基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演,该算法的搜索步伐并不一致,粒子间表现出异步性,因而寻优效率明显高于同步模式,可有效解决在边坡工程中岩体力学参数反演中存在的低效问题.在此基础上,构建了边坡工程岩体力学参数反演模型,并采用ABAQUS作为反演分析中的正分析工具,给出了边坡工程岩体力学参数反演的实现流程,完成了程序编制,进而通过算例分析,验证了所提出的方法和程序编制的可行性和高效性.     

流变荷载试验曲线的模型识别及其应用

基于粘弹性理论，建立了流变荷载试验的Maxwell、广义Kelvin和Burgers3种流变模型的位移反演模式，并给出了根据现场试验流变曲线进行流变模型识别的简便方法。分析了岩体流变荷载试验曲线，给出了能反映试验区域内岩体变形规律的最佳流变模型，反演获得了试验区域内岩体的瞬时弹性模量、长期弹性模量、粘弹性模量和粘弹性系数。结果表明，描述试验点岩体在不同荷载级别情况下的最佳流变模型均为广义Kelvin模型，但其弹性模量有所差异，其量值范围为4194-5235MPa，平均弹性模量为4900．316MVa；平均长期弹性模量为3081．65MPa。计算表明所建立的反演公式是正确的，模型及参数识别过程简便、实用。     

节理岩体力学参数确定的数值试验方法

为解决现场或室内试验条件下难以测试大尺度岩体并确定其参数的问题,总结提出了应用数值试验方法确定节理岩体宏观力学参数的方法流程.即将节理岩体单元离散为岩块和节理两种类型,通过室内试验分别研究其力学特性,再把岩块和节理进行组合形成岩体,通过数值计算得出节理岩体的力学特性.将这套方法应用到贵州省某高速公路岩质边坡的岩体参数优化分析中,研究了试件尺寸、各向异性、岩块及节理力学参数等对岩体宏观力学参数的影响.数值试验方法为工程节理岩体参数的确定和优化提供了一种新的思路.     

BP神经网络在卸荷岩体稳定分析中的应用

在卸荷岩体的稳定分析计算中，卸荷分析方法不同于常规方法，它采用动态变化的卸荷力学参数。应用BP神经网络能够获得卸荷岩体的这种动态力学参数，为卸荷分析带来了方便。     

基于非线性破坏准则的岩体剪切强度参数确定方法

剪切强度预测是岩体稳定性分析的重要内容,为了采用Hoek-Brown非线性准则描述岩体的剪切强度参数,利用理论推导和数值拟合的方法,探讨了Hoek-Brown参数到Mohr-Coulomb参数的转换过程,并分析了非线性准则中各个参数对于剪切强度参数的影响.结果表明.通过大量数据拟合回归的方法可确定剪切强度参数与Hoek-Brown准则参数之间的关系;随着地质强度指标GSI的增大,岩体的剪切强度参数c和φ均不断增大,黏结力较内摩擦角对于岩体地质强度指标的变化更为敏感;二者随mi的变化幅度均不大,GSI对于岩体强度的影响大于mi.     

块状岩体稳定性模糊能度可靠性分析方法

针对岩体工程中的不稳定块体,探讨可动块体沿单结构面滑动与沿双结构面滑动的稳定性分析方法.在此基础上,根据块状岩体稳定性分析力学参数取值所具有的随机性、模糊性与区间性等不确定性,采用三角模糊数表示块状岩体结构面抗剪强度参数取值,进而建立块状岩体可靠性分析之功能函数.利用模糊能度可靠性分析方法对其进行分析,并在探讨可靠性指标求解方法基础上建立了块状岩体稳定性模糊能度可靠性分析方法.通过工程实例分析与计算结果表明本文模型与方法的合理性与可行性.     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点. 首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

基于地震叠前反演的零散砂体岩体力学场建模

针对大庆油田外围扶杨低渗透油层分布零散, 岩体力学性质变化快, 储层改造难的问题, 在大量岩体力学原位模型测定的基础上, 研究纵横波速度之间的关系。从叠前弹性参数反演得到纵横波速度体, 利用岩石物理关系式得到井间的岩体力学参数场, 运用多元回归分析方法得到井点弹性参数值。结合井点与井间弹性参数值, 采用地质统计学方法建立非均质岩体力学三维场, 为水力压裂参数优化设计提供地质依据, 达到增产的效果。     

辽阳硅石矿岩质边坡岩体裂隙宽度概率统计

岩体随机不连续面三维裂隙网络模拟是近年来一项评价岩体结构特性的重要手段,但该模型中并未考虑裂隙宽度对岩体稳定性的影响.对辽阳石门硅石矿岩质边坡的裂隙进行了现场不连续面窗口调查,利用卡方检验、K-S检验相结合的方法,对所统计的裂隙宽度进行概率统计分析,从而选取最佳概率分布类型.统计分析结果表明,辽阳硅石矿岩质边坡裂隙宽度分布多呈伽马型分布函数,小于10mm宽度的裂隙占大多数,构造应力类型对裂隙宽度分布参数起主要影响,可为三维裂隙网络宽度模拟提供理论依据.     

隧道岩石力学参数的随机-模糊统计分析

由于岩体赋存条件的复杂性以及地质勘探工作量和实验工作量的限制,地质勘探取样存在随机性.实验工作中也不可避免的会产生误差,从而产生随机误差.岩石工程中对岩石的分类、岩体的分类以及对样本的分组也是人为划分,从而岩石样本也存在模糊性.传统的统计方法不适应处理模糊性,因此,建立一种既考虑岩石力学参数和岩体力学参数的随机性又考虑它们的模糊性的随机—模糊统计分析模型.     

岩体强度参数经验确定法的改良研究

在岩土工程界,如何准确确定岩体的力学参数已成为一个迫在眉睫而又难以解决的问题。本文简略的介绍了几种当前在实际工程中运用较多的岩体强度参数经验确定方法,指出了它们所存在的不足之处。在此基础上,提出了一种综合考虑实验室标准岩石试件强度参数和岩体实地地质条件以及外界扰动等因素的岩体强度参数经验确定方法。并通过一个具体的工程实例,初步证明该方法是可行的。