散体围岩力学参数位移反演优化

针对散体围岩非连续性、松散的特性以及难以获得可信度高的力学参数的问题,基于Hoek-Brown强度准则和位移反演理论,提出一种新的岩体力学参数确定方法。采用Hoek-Brown强度准则估算散体围岩强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ和抗拉强度στ)和变形参数(弹性模量EH),将估算出的强度作为位移反演分析过程中的已知参数,基于数值计算方法,对变形参数(弹性模量反算值EB和泊松比μ)进行反演优化。将弹性模量估算值EH和弹性模量反算值EB对比分析,进而修正估算的输入参数,从而得到接近实际的岩体力学参数。研究结果表明:EH与EB相差仅为0.01 MPa,相对误差为1.75%,小于5.00%,即参数合理有效;将新方法确定的力学参数应用于数值模型进行反演正算,得到ZK34+232断面拱顶下沉值和水平收敛值的相对误差分别为1.3%和3.4%,符合检验标准,满足工程实践,说明新方法是可行的,可以用于隧道工程设计和施工。     

RMi岩体指标评价法优化及其应用

为了克服传统岩体质量评价方法(RMR法、Q法等)中评价参数难以确定、对质量较差岩体评价结果精度不够等缺陷,介绍RMi法中岩块单轴抗压强度σc与节理裂隙参数Jp的确定思路,对其进行优化,并将其与Hoek-Brown失效准则进行有效结合.结合工程实例对得到的围岩类别及岩体力学参数予以验证.研究结果表明:该方法参数确定简单,应用范围广,可精确地实现对不同岩体质量评价及力学参数的估算,其研究成果可为工程设计施工提供重要依据.     

基于Hoek-Brown准则分析工作面围岩应力场

围岩应力场分布特征是矿山开采与巷道支护的重要依据。本研究发展了基于Hoek-Brown强度准则的数值方法,并应用微地震监测资料获取岩体的力学参数,分析了塔山煤矿特厚煤层开采工作面围岩应力场。首先通过FISH语言二次开发平台在FLAC软件中创建基于Hoek-Brown准则的力学模型,然后根据微震监测得到的数据确定力学模型所需的力学参数,最后由数值模拟得围岩应力集中区及峰值应力值。结果表明:采用该方法所获得的数值模拟结果与塔山煤矿8103工作面现场监测值有较好的一致性,为进行下一步煤层开采和超前支护方案的设计提供了依据,也为有效利用微震监测资料提供了新思路。     

大尺度垂悬岩体力学参数的确定

以柿竹园多金属矿为工程背景,研究确定该矿垂悬部分岩体的岩体力学参数.在工程现场进行实地的节理裂隙调查,对调查结果进行统计分析,利用科学和工业研究委员会(CSIR)地质评价体系对岩体进行质量分级;系统研究了各种岩体抗拉强度、抗压强度、变形模量、粘聚力以及内摩擦角的确定方法,最终主要以Hoek-Brown准则为基础,结合其他方法,综合评判确定岩体力学参数.结果表明,大尺度垂悬岩体质量好,不同方法得到的力学参数值有所差别,综合评价能够较合理地得到适合于工程实践的岩体力学参数.     

爆破扰动下露天矿边坡岩体力学参数确定

 在矿山巷道工程和边坡工程稳定性分析中,岩体力学参数选取会对结果产生重大影响。通过现场大型原位试验方法可以确定出符合工程实际的岩体力学参数,但存在工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制。一般采用Hoek-Browm准则对室内岩块试验获得的力学参数进行工程处理,常用的Hoek-Brown准则在处理边坡岩石力学参数都是忽略爆破震动对露天矿边坡的影响,而爆破扰动是影响稳定性和岩体力学参数的主要因素。利用非线性方程来表征受扰动修正系数K_m、K_s与完整性系数K_v之间的关系,建立了Hoek-Brown准则经验参数m_b、s的一种改进取值方法。以新疆东戈壁露天矿东边坡为例,采用Hoek-Brown准则爆破扰动下的修正公式及前人公式进行分析计算,结果表明,由该方法确定的介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数更符合实际。     

基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

基于孔内波速的Hoek-Brown准则预测断裂带力学参数方法与工程应用

以玉曲河某水电站工程区内怒江断裂带分支F_(1-6)为研究对象,探究地质强度指标GSI和岩体扰动参数D与岩体声波波速的关系.首次将基于波速的Hoek-Brown准则应用于断裂带,预测断裂带的力学参数.结合浅部断裂带的原位试验验证该方法的可行性,研究表明基于波速的Hoek-Brown准则预测断层破碎带(声波波速大于2000m/s)的力学参数与原位试验成果接近,可以用该法预测断裂带岩体的力学参数.以孔内实测波速为纽带,将该方法应用于深层断裂带,预测深层断裂带的力学参数,以解决深部断裂带力学参数无法直接试验获得的难题,为隧道工程的设计、施工提供指导依据.     

隧道围岩力学参数反分析及工程应用

以大连地铁一号线学苑广场—海事大学区间过河段隧道工程为背景,基于一种新型优化算法——差异进化算法进行隧道围岩力学参数反分析,提出以位移值为指标的差异进化位移反分析方法及实现过程,并将反演得到的围岩力学参数应用到过河段隧道工程开挖方案比较及稳定性分析,验证了复杂地质条件下该方法的可行性和有效性.结果表明,该方法在复杂地质条件下具有较好的可行性,且对选取隧道施工方案、保证隧道安全具有一定的指导意义.同时,所得围岩力学参数也可进一步应用于其他类似工程的相关研究.     

Determination of Mechanical Parameters for Suspended Rockmass of Long Span

以柿竹园多金属矿为工程背景,研究确定该矿垂悬部分岩体的岩体力学参数.在工程现场进行实地的节理裂隙调查,对调查结果进行统计分析,利用科学和工业研究委员会(CSIR)地质评价体系对岩体进行质量分级;系统研究了各种岩体抗拉强度、抗压强度、变形模量、粘聚力以及内摩擦角的确定方法,最终主要以Hoek-Brown准则为基础,结合其他方法,综合评判确定岩体力学参数.结果表明,大尺度垂悬岩体质量好,不同方法得到的力学参数值有所差别,综合评价能够较合理地得到适合于下程实践的岩体力学参数.     

基于Hoek-Brown准则的渝中连接隧道连拱段施工力学研究

结合重庆渝中连接隧道连拱段的施工过程,建立了基于Hoek-Brown准则的有限元分析模型,对隧道施工过程的围岩位移、应力和塑性区特征及支护结构的应力特征进行了研究,得到了围岩位移随施工步的变化特征和应力及塑性区的影响范围,指出了加强监控量测和支护的位置。通过中导洞水平收敛监测位移与模拟计算的围岩位移的对比分析,检验了数值模拟采用的本构关系和物理力学参数的正确性,也验证了隧道支护设计参数的合理性。     

BP网络在双连拱隧道围岩参数反分析中的应用

该文以模拟隧道开挖的有限元为正演工具,通过BP神经网络,对在隧道工程施工过程中量测到的围岩位移进行反分析,确定出围岩岩体的力学特性参数,从而可以通过数值分析方法对隧道围岩稳定性作出合理的评价和符合实际的预测,使得现场量测结果能更加有效地应用于隧道工程的施工决策．     

基于块体体积和岩体波速的岩体力学参数估算方法

岩体力学参数的准确取值是岩土力学与工程领域关键科学问题之一.首先引入可考虑节理间距与数量的块体体积（Vb）参数,提出了基于Vb的地质强度指标（GSI）的计算公式,并将基于岩体波速（Vp）的岩体扰动参数（D）代入Hoek-Brown强度准则,提出了基于Vb和Vp的岩体力学参数估算方法.然后通过与已有GSI计算方法对比,验证了基于Vb计算GSI的正确性,并将基于Vb和Vp的岩体力学参数估算方法应用于田西高速的参数取值,同时将数值计算结果与现场调查、监测结果进行对比分析,验证了所提方法的可行性和准确性.该方法推广了Hoek-Brown强度准则的适用范围,并为工程建设初期试验资料不足情况下的参数取值提供了一种新的思路.     

尖山磷矿边坡岩体爆破开挖损伤测试研究

通过岩体声波测试,确定了岩体的损伤范围,并确定了损伤区岩体的损伤因子。根据损伤因子的确定结果,利用Hoek-Brown强度准则将岩块力学参数进行折减,确定出岩体力学参数。将确定的岩体力学参数用于边坡稳定性分析,分析结果与现场实际是一致,说明岩体损伤测试结果符合工程实际的。     

岩体物理力学参数测定及其工程处理方法的研究

在巷道工程和边坡工程稳定性分析中,力学参数的测定与选取会对计算结果产生重大影响.确定岩体力学参数的现场大型原位试验方法工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制.因此,本文采用Singh法、Kalamaras法和Hoek-Brown法等多种工程处理方法对由室内岩块试验获得的岩块力学参数进行了工程处理,考虑了岩块与岩体之间的差异,得到了符合工程实际情况的岩体力学参数.     

鄂北丘陵岗地区浅埋隧洞劣质围岩支护数值模拟研究

浅埋隧道工程常遇强度低、风化严重且岩体结构破碎的劣质岩体,严重制约着工程设计与施工。为此,以鄂北地区水资源配置工程第15标唐县-尚市隧洞工程典型的绿泥石片岩为研究对象。采用Hoek-Brown的GSI方法估计围岩力学参数并开展数值研究,揭示开挖过程与支护结构对围岩力学响应和支护结构受力状态的控制作用。结果表明:对于工程区劣质绿泥石片岩采用钢拱架与喷锚支护能够有效控制围岩变形过程;围岩力学参数控制着开挖损伤区的分析规律;锚杆受力状态受围岩力学参数影响成非均匀分布状态,拉应力集中在开挖面附近,充分发挥了锚杆的作用。得出在Ⅴ类围岩设计方案下,支护结构在劣质岩体中的受力行为。可为同类工程支护设计提供研究思路。     

白水隧道围岩力学参数敏感性分析与智能反演

以石黔高速公路白水隧道为例,采用敏感性分析与数值模拟相结合的方法计算出隧道围岩各力学参数的敏感度,确定影响隧道变形的主要力学参数。首先,基于正交试验设计构造BP神经网络的样本,建立待反演参数与围岩变形的非线性映射关系,将现场监控量测实测值作为输入样本,得到围岩力学参数。然后,将反演得到的力学参数代入到数值模拟中,计算出隧道围岩变形值,对比分析实测值与计算值。结果表明,两者误差较小,这说明该方法应用于该工程的可行性。     

煤矿深立井连接硐室群施工顺序优化

文章建立了煤矿深立井连接硐室群的三维数值计算模型,采用广义的Hoek-Brown准则估算了深部岩体的物理力学参数,将数值模拟分析得到的围岩破损区体积作为收益函数,基于硐室群实际施工条件约束和经济方面的考虑,运用动态规划理论,优选了深埋硐室群的最佳施工顺序,对煤矿类似复杂硐室群施工方案选择具有参考价值.     

基于RMR与H-B准则估算大型洞室岩体力学参数敏感度分析

利用RMR(岩体质量分级)与Hoek-Brown(H-B)准则估计岩体力学参数可作为大型地下洞室围岩参数确定的有效途径.考虑到输入参数不确定性引起岩体力学参数估计精度受影响的问题,依托白鹤滩水电站地下厂房工程,基于原位测试、室内试验与数值模拟等,研究H-B准则输入参数与估计岩体力学参数间的敏感性关系,并采用敏感度因子定量描述.结果表明,岩体力学参数对输入参数的敏感性排序为RMR>σ_○ci(岩石单轴抗压强度)>m_i(岩石材料常数),当RMR取值误差为±5%时,弹性模量、内摩擦角及黏聚力估计结果分别产生约20%,22%与13%的偏差;当σ_○ci与m_i的测定误差小于±20%时,其对于内摩擦角与黏聚力估算结果的影响分别小于4%与10%.该研究可为类似大型地下洞室工程岩体力学参数估计精度评价提供借鉴.     

基于声波信息预测岩体力学参数的研究

基于Hoek-Brown强度准则中运用地质强度指标GSI求取岩体力学参数的方法。通过改进构建起钻孔声波测试所得岩体纵波波速vmp,岩石单轴饱和抗压强度σc与GSI值之间的函数关系,并应用于Hoek-Brown强度准则预测了沙坨水电站大坝坝基岩体力学参数,结果显示预测值与实验测试值之间基本吻合。该方法为资料不足情况下探知岩体力学参数提供了一种参考方式。     

基于位移反分析的隧道二衬合理支护时机

二衬支护时机是否合理影响着隧道的稳定性,始终是隧道施工中讨论的热点问题。结合现场监控量测数据,通过3种回归函数的对比分析,确定了满足精度的回归曲线并预测围岩最终位移量,初步确定了二衬合理支护时机;结合黄金分割法与FLAC3D数值模拟软件,通过位移反分析法获得符合工程实际的围岩力学参数E,c值并代入FLAC3D中,基于3种二衬合理支护时机判定准则确定了支护时机;综合考虑回归分析与数值模拟计算结果,最终确定兴隆隧道Ⅲ级围岩段的二衬合理支护时机与施工安全距离。研究结果表明：双曲线函数回归精度最优,并根据函数曲线预测Ⅲ级围岩最终位移量为12.20 mm,初步确定在开挖后第20天施作二衬;通过围岩力学参数反演确定Ⅲ级围岩E=4.944 GPa,c=0.268 MPa为符合工程实际的围岩力学参数;通过数值模拟确定在开挖后第19天、距掌子面95 m时施作二衬满足变形速率和极限位移准则,在开挖后第18天、距掌子面90 m时施作二衬满足最小支护抗力准则。综合考虑三者的影响程度,最终确定兴隆隧道二衬合理支护时机为开挖后第18天,此时距掌子面90 m。