深部巷道岩爆加权距离判别法模型的分析和应用

根据距离判别理论,以巷道最大切向应力和岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度和岩石单轴抗拉强度的比值以及弹性能量指数为判别因子,并应用主成分分析法计算权矩阵,建立加权距离判别模型。利用冬瓜山铜矿深部岩体工程实例为学习样本进行训练,通过判别模型的学习功能确定岩爆与其各影响因素之间的复杂关系。用该模型对金川深部岩体工程进行判别,其结果与实际情况基本一致,说明此模型对深部岩体工程岩爆的预测具有较强的实用性。     

基于粗糙集理论和支持向量机的岩爆预测

为了提高不同环境和地质条件下对岩爆预测的准确性,在综合岩爆影响因素的基础上,选取岩石取样处的埋深、岩石单轴抗压强度,岩石单轴抗压强度与抗拉强度比值、围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度比值、岩石弹性变形能指数作为评判指标建立岩爆烈度预测决策表,根据粗糙集理论中的属性约简算法,确定特定地质条件下岩爆的主要影响因素,删除冗余数据,再使用粒子群算法优化支持向量机的参数,通过核函数将岩爆主控因素映射到高维空间,拟合主控因素与岩爆烈度之间的非线性映射关系,建立基于粗糙集理论和粒子群支持向量机(RS-PSOSVM)的岩爆预测模型,并将该模型应用于大相岭隧道的岩爆预测。研究结果表明:该模型具有较高准确率和和较强稳定性;岩爆预测结果与实际结果一致,验证了该模型的可行性。     

岩爆灾害的灰类白化权函数聚类预测方法

岩爆是高应力岩石地下工程中的地质灾害.将岩爆与其影响因素之间的关系作为灰色系统,提出采用灰类白化权函数聚类的预测方法对岩爆灾害进行预测.选取岩石弹性能量指数、脆性系数和围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值作为岩爆灾害预测的主要影响因子,并构造了适于岩爆预测的各聚类指标的白化权函数.采用本文提出的方法对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析,并与工程实际情况进行了对比,研究结果表明,本文提出的基于灰类白化权函数聚类的岩爆灾害预测方法具有较高的预测精度.     

深埋地下工程岩爆烈度分级预测的RS-功效系数模型

岩爆是深埋地下工程施工过程中常见的动力破坏现象,易造成重大经济损失和人员伤亡,对其进行有效预测预报一直是地下工程界迫切需要解决的难题。在系统分析影响岩爆发生的相关因素的基础上,选取切向应力与岩石单轴抗压强度比??/?c、岩石单轴抗压强度与抗拉强度比?c/?t、弹性变形能指数Wet和岩石脆性指数Is建立评价指标体系,并基于粗糙集理论,将各指标的权重问题转换为由现场实测数据来求解各指标属性重要性问题。然后,基于社会经济学中广泛应用的功效系数法,针对各指标对岩爆的影响特征,构建其功效函数,最终建立岩爆烈度分级预测的RS-功效系数模型,对岩爆发生可能性及其烈度进行预测预报。运用所建模型对国内外一些典型地下工程岩爆实例进行分析计算,并与集对分析模型、物元可拓模型评判结果对比分析。研究表明:RS-功效系数模型评价结果可靠、精度较高且现场可操作性强,具有良好的工程应用前景。     

地下工程岩爆灾害预测的属性综合评价模型

 针对地下工程岩爆灾害预测各种方法的局限性以及预报准确率低的现状,基于属性数学理论与方法,选取围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度之比、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要评价指标,建立了岩爆灾害预测的属性综合评价模型,对岩爆的发生与否及其烈度进行了预测。应用属性数学理论,构造了各评价指标的属性测度函数,并利用相似数定义相似权的方法确定各指标的权重以计算综合属性测度,最后应用置信度准则进行属性识别,给出评价结果。以10 组典型地下工程为例,对该模型进行了验证,结果表明,该模型评价结果与实际情况有较好的一致性,验证了属性综合评价在岩爆灾害预测中的可行性和适用性,为地下工程岩爆灾害的预测提供了一种新途径。     

粒子群投影寻踪算法在岩爆预测中的应用

对岩爆有影响的三项主要因子：洞室最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要判别指标,通过粒子群优化算法和投影寻踪算法建立了相应的岩爆预测分析模型.该模型采用粒子群算法优化投影指标函数,确保了模型参数的准确性;同时利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系.研究表明,用粒子群投影寻踪回归模型进行岩爆预测,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测精度较高.通过将所建模型应用到秦岭隧道和冬瓜山铜矿的岩爆预测中,得到与实际情况较符合的预测结果.     

岩爆分类的人工神经网络预测方法

采用人工神经网络原理，选取影响岩爆的一些主要因素，如地应力、岩石抗压强度、抗拉强度等作为输入参数，建立了岩爆分类与预测的神经网络模型．利用国内外一些工程实例作为学习和训练的样本，并用已经训练稳定的样本对某水电站地下厂房岩爆进行预测．研究表明，与其他岩爆预测方法比较，人工神经网络模型更具有客观性和有效性．     

约简概念格与模糊优选在地下工程岩体质量评判中的应用

为了对地下工程岩体质量进行正确评判并提高评判效率,利用约简概念格对影响地下工程岩体稳定性的5项指标进行约简。5项指标分别为岩石质量指标、岩石单轴饱和抗压强度、完整性系数、结构面强度系数和地下水渗水量。以广州抽水蓄能电站1期地下工程岩体17组实测数据和8组插值数据作为学习样本,利用约简概念格对指标约简后得到岩石质量指标、岩石单轴饱和抗压强度和结构面强度系数这3项指标,用模糊优选法对约简后样本进行岩体质量评判,评判结果与实测结果吻合,然后将该模型用于该电站2期地下工程岩体质量评价。研究结果表明:利用约简概念格与模糊优选构建的模型的评判结果和粗糙集-逼近理想解的排序法(RS-TOPSIS)、突变级数法、人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)的评判结果一致。利用约简概念格与模糊优选构建的模型减少了评判所需的指标,提高了评判效率。     

围岩稳定性评判的支持向量机多分类模型

围岩稳定性评判对指导地下工程的设计和施工具有非常重要的意义.引入支持向量机多分类方法,进行围岩稳定性分类.选用影响围岩稳定性的因素,岩石质量指标、岩石单轴饱和抗压强度、完整性系数、结构面强度系数和地下水渗水量等5项指标作为模型的判别因子,建立了围岩稳定性分类的支持向量机模型.以围岩实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行分类.结果表明,支持向量机模型分类性能良好,预测精度高,是围岩稳定性分类的一种有效方法,可以在实际工程中进行应用.     

基于RS-TOPSIS法的地下工程岩体质量评价

将逼近理想解的排序法(TOPSIS)运用于地下工程岩体质量评价问题中,选用岩石质量指标、岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整性系数、结构面强度系数和地下水渗水量5个影响因素作为地下工程岩体质量评价指标.基于粗糙集理论(RS),通过计算评价指标与评判结果的粗糙依赖度确定评价指标的重要性.以广州抽水蓄能电站1期地下工程岩体17组实测数据和13组插值数据作为学习样本,依据单指标分类区间下限构造5个不同等级的典型样本,通过计算典型样本与正理想解的相对贴近度来确定分类区间,建立RS-TOPSIS地下工程岩体质量评价模型,并逐一对30组学习样本进行回检,正判率为96.7％.将建立好的评价模型运用于该电站2期地下工程岩体质量评价.研究结果表明:采用地下工程岩体质量RS-TOPSIS评价方法获得的结果与突变基数法、BP神经网络法以及支持向量机法评价结果相吻合,该方法具有工程实用价值,可以运用于地下工程岩体质量评价.     

基于全尾砂充填体非线性本构模型的深井充填强度指标

目前矿山深井充填体强度指标是类比浅部充填经验来确定的,为改变这种不合理局面,根据某深井开采矿山全尾砂充填体单轴压缩实验的应力-应变关系曲线,建立了全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型.结合全尾砂充填体与深部围岩耦合作用下能量损耗相近的原则,得出了全尾砂充填体抗压强度设计公式.实例研究结果表明:建立的全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型与实验结果吻合;深部开采全尾砂充填体强度指标与围岩原岩应力、弹性模量以及充填体本身的力学性能有关,采用非线性本构模型确定的全尾砂充填体强度指标比采用线性本构模型确定的强度指标更精确.     

深部硬岩岩爆预测的FDA模型及其应用

将Fisher判别分析(FDA)理论应用到深部硬岩岩爆预测中,以最大切向应力σθ、单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和弹性能量指数Wet作为影响岩爆的因素,建立以σθ/σc,σc/σt及Wet为判别因子的岩爆预测的FDA模型.以国内外15个深部岩体实例为训练样本进行训练,利用训练好的模型对冬瓜山硬岩矿山和某煤矿三水平西大巷深部开拓巷道岩爆进行预测.研究结果表明:利用FDA模型进行深部硬岩岩爆预测,结果与工程实际岩爆结果相符合,说明该方法在深部硬岩岩爆预测中具有良好的工程实用性.     

基于Hoek-Brown强度准则磷矿体开采稳定性分析

磷矿是保障精细磷化工生产和粮食供应的物质基础,而地下缓倾斜磷矿体的开采一直是个难题.该文以湖北兴山后坪矿段磷矿层地下开采为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D,基于Hoek-Brown强度准则,对磷矿层的开采过程进行了数值模拟.首先进行单轴压缩模拟试验,求得各岩体的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比,模拟试验结果和室内试验结果基本一致.然后研究了磷矿层开采过程中采空区围岩的应力变化情况、上覆岩体的位移规律和矿柱屈服区分布情况,从而评价采空区的稳定性.最后,分析了在缓倾斜磷矿体中实施浅孔房柱法开采的的可行性.     

复杂地下水环境下石膏质岩的溶蚀特性

石膏质岩具有溶蚀性,在勘察设计阶段应用标准规范对石膏质岩进行围岩分级往往不能满足施工需求.为定量化分析溶蚀对石膏质围岩分级的影响,开展不同循环次数(1、 3、 6、 10次)和不同流速(0、 10、 20 L·h^-1)的干湿循环实验;通过单轴压缩实验,探究石膏质岩在不同流速和干湿循环次数下的力学参数劣化规律.选取BQ值作为围岩分级修正的基础,将单轴抗压强度作为修正指标;建立流速和干湿循环耦合作用下单轴抗压强度折减系数的三维拟合函数,与围岩分级公式相结合,并考虑干湿循环的最大化影响,提出考虑石膏质岩溶蚀性的围岩分级修正方法.结果表明：随着流速和干湿循环次数的增加,单轴抗压强度、单轴抗压强度折减系数持续下降,但下降的比例越来越小;流速和干湿循环次数的耦合作用与单轴抗压强度、单轴抗压强度折减系数均具有良好的相关性,三维拟合函数曲面呈“下凹”状.该研究结果可为考虑石膏质岩溶蚀性的围岩分级提供一种可行的计算方法.     

深井硬岩岩爆倾向性评价

岩爆是深井硬岩矿山开采中的主要灾害,岩性是决定岩石能否发生岩爆的内在固有因素,根据岩石室内力学性质试验结果来评价岩爆的倾向性,是一种既有效又经济的方法·对取自凡口铅锌矿深部的矿岩石进行了单轴抗压强度、抗拉强度、全应力-应变曲线、加卸载曲线等试验研究,从岩性角度用脆性系数、应变能储存指标、岩爆能量比、DT法等方法评价了凡口铅锌矿矿石和岩石的岩爆倾向性,结果表明该矿矿石和岩石均具有明显的岩爆倾向性·     

基于未确知均值分类理论的岩爆发生和分级预测方法

为解决岩爆预测中的不确定性问题,将未确知均值分类理论应用于岩爆综合评判中,建立了岩爆发生和分级预测的未确知均值分类理论分析模型.模型选用最大切应力、单轴抗压强度、单轴抗拉强度和弹性能量指数4个指标作为岩爆发生和分级预测的判别因子.将岩爆烈度分为4个等级并作为未确知均值分类理论分析的4个类别.以国内外岩爆工程实测数据作为建立分类标准和模型的样本,以各等级的指标均值作为分类标准.求取未确知测度函数.采用信息熵确定权重,用置信度识别准则进行等级判定.将本研究建立的模型应用到隧道和矿山工程的岩爆预测中,结果表明.未确知均值分类分级预测方法预测结果与实际情况吻合较好,预测精度高,因而是岩爆发生和分级预测的一种有效方法,可在岩爆工程判别中应用和推广.     

深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,本文通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

矿体阶段开采顺序的选择及数值模拟

利用2D-σ程序对深部矿体不同开采顺序的应力场和位移场进行数值模拟.研究结果表明,采用上行式阶段开采顺序,采场顶板破坏度、位移值和垂直方向应力值均小于下行式开采,在矿床开采末期,地表的沉陷范围及各阶段顶板和边帮的位移均小于下行式开采.因此,采用上行式阶段开采顺序有利于改善采场的稳定性及减轻或避免深部硬岩开采诱发的岩爆灾害,从回采工艺过程方面分析,更有利于矿山实现的无废开采新技术,具有显著的经济效益和社会价值.