浙江省大梁山隧道出口边坡稳定性分析

研究表明,大多数工程岩体失稳以结构面的剪切破坏为主,因此结构面的抗剪强度就成为影响工程岩体稳定性的决定性因素。通常结构面抗剪强度参数的获取可通过直剪试验及经验估算获得,但在岩石工程稳定性的分析、计算中所用的结构面抗剪强度参数的获取基本上都通过直剪试验获得。经验估算方法同直剪试验相比,有费用低、考虑工程岩体的实际工程条件及尺寸效应等优点,用其估算结构面抗剪强度参数具有较大经济价值及工程意义。在野外结构面定向统计测量基础上,用结构面抗剪强度经验估算方法获得其抗剪强度参数,再利用详细的工程地质资料、赤平投影定性分析及确定工程岩体的破坏模式,选用与破坏模式相匹配的数学力学模型,定量计算分析工程岩体的稳定性。理论分析及工程实践表明,该边坡总体上是稳定的,但楔形体处容易失稳,须处理。     

黄河某高拱坝岩体力学参数的选取

在对比国内外各种选取岩体力学参数方法的基础上,对黄河某高拱坝坝址区主要岩层中生代二长岩和三叠系变质砂岩采用现场原位试验和数据统计方法获取岩体力学参数。用刚性圆形承压板法进行岩体变形试验,建立了岩体纵波波速与变形模量的拟合关系,用最小二乘回归法处理变形数据。用平推法直剪试验进行岩体抗剪断强度试验,用 - 点群中心法处理直剪试验数据。软弱带取样后进行室内断层泥物理力学性质试验,运用岩土工程勘察规范中参数统计经验公式来获得各软弱带的抗剪参数。点群法求得的各抗剪指标总体上与原位试验得到的结果相一致,证明该法可用于岩体力学参数选取。     

一种估算粘性土抗剪强度参数的统计模型

土体力学性质与其基本物理性质密切相关。通常力学指标测试程序繁琐,耗时长,而物理指标测试相对简单、快捷。建立土体物理指标与力学指标的定量关系是土力学的基本任务之一。通过对粘性土基本物理指标和抗剪强度参数的单因素回归分析,以相关系数R≥0.4作为指标相关性的初选标准,进一步进行多元回归分析,最终建立了具有统计意义的一种基于粘性土基本物理指标估算其抗剪强度参数的统计模型。经具体工程实例对该模型的检验表明所建立的统计模型具有实际应用前景。     

基于数据挖掘技术的滑带土抗剪强度预测

利用数据挖掘技术对三峡库区重庆段滑带土抗剪强度特征值进行预测研究。利用CHAID算法与相关性分析进行数据预处理。根据CHAID算法分类结果,将滑坡按照原岩的沉积环境进行分类。在分类的基础上,根据各定量指标与抗剪强度的Pearson相关系数筛选滑带土抗剪强度的影响因素。相关性分析结果表明,原岩为不同沉积环境的滑坡其天然状态下内摩擦角的影响因素不同;天然状态下的黏聚力与各定量因素相关性均不高。将相关性高的指标作为输入变量,建立数据挖掘模型。研究结果表明,挖掘出的知识具有良好的适用性。     

基于地质强度指标与区间理论的岩体抗剪强度确定方法

针对采用结构面表面特征与岩体结构的定性描述确定岩体地质强度指标（GSI）时存在主观性较强的特点,首先,以结构面表面等级（SCR）、节理特征系数（Jc）、岩体结构等级（SR）与岩块体积（Vb）分别对其进行取值量化,并根据量化指标取值过程中所具有的不确定性,采用区间数表示参数取值,在探讨各量化指标取值方法基础上建立岩体GSI区间数确定方法;其次,根据Hoek-Brown准则等效岩体抗剪强度参数转换关系,采用区间组合法进行求解,进而建立出基于区间理论与GSI的岩体抗剪强度确定方法;最后,将其用于湖南省某水电站进水口隧道岩体抗剪强度确定,与现有分析方法对比表明,该方法具有一定的合理性与可行性。在试验资料不足的情况下,该方法为岩体抗剪强度参数确定提供了一条新途径     

JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法

结构面对工程岩体的稳定性有着决定性的影响,结构面的抗剪强度参数是分析岩体稳定的关键的参数。本文回顾了结构面抗剪强度估算的JRC-JCS模型及其估算方法,提出了可快速估算结构面抗剪强度参数的平均斜率法,并通过对比分析阐明平均斜率法的优越性。     

基于参数劣化的软硬相间顺层边坡稳定性研究

三峡库区侏罗系地层具有独特的软硬相间的岩性组合和结构特征,侏罗系砂泥岩软硬相间地层是该地区典型的易滑地层,是滑坡集中发育的地层之一,也是三峡库区滑坡防治工作中的重点区域。为深入研究软硬相间层状岩质边坡的稳定性,通过对理论概化模型的分析,构建了软硬相间顺层岩质边坡的参数劣化计算模型。考虑风化作用对岩体结构面抗剪强度参数劣化的影响,引入空间变异函数,提出软硬相间层状岩质边坡结构面抗剪强度参数劣化模型,导出软硬相间层状岩质边坡沿层面方向抗剪强度参数劣化的函数表达式,表征了分析点的风化影响厚度与其强度参数的一一对应关系,有利于边坡稳定性的定量分析。利用该函数表达式对沿层面方向岩体的强度参数进行劣化,利用劣化后的强度参数进行稳定性评价,得到分析点至坡面距离与该点稳定系数的对应关系曲线,并结合三峡库区边坡实例进行了验证分析,指出软硬相间层状岩质边坡岩体抗剪强度参数的劣化对其稳定性评价具有较大影响,单平面滑动的稳定分析中抗剪强度参数沿层面恒定分布的假定具有一定的局限性;若不考虑结构面抗剪强度参数的劣化,可能导致稳定性计算结果偏于不安全。     

基于遗传算法和模糊神经网络的边坡稳定性评价

边坡工程是一个动态的、模糊的、开放的复杂非线性系统,传统的分析方法有时难以对复杂边坡的稳定性做出符合实际的评价。影响边坡稳定性的因素复杂且具有随机性和模糊性。由于神经网络方法不仅能考虑定量因素,而且能考虑定性因素的影响,因而神经网络方法适用于解决非确定性的边坡稳定性评价问题。综合考虑影响边坡稳定性的各方面因素,建立了基于遗传算法的模糊神经网络模型,并利用大量工程资料对网络进行训练和测试。预测结果表明,该模型的预测精度明显高于目前同类方法。     

黄河小浪底水库风雨沟西侧边坡稳定性研究

运用结构分析法、关键块体分析法和工程地质类比法定性评价边坡稳定性,抽取边坡岩体破坏模式。根据自制简易纵剖面仪现场绘制了结构面表面轮廓曲线,运用修正直边法和JRC—JCS模型定向统计估算结构面抗剪强度。通过对比验证定向统计估算结果与试验结果,确定计算参数取值标准。在以上两方面研究的基础上,建立边坡极限平衡计算模型,进行边坡破坏概率计算。最后,对边坡稳定性进行了综合评价。     

水利水电工程岩基抗剪强度参数二维分布模型构造的Copula方法

基于国内103个水利水电工程1 174组岩基抗剪强度试验数据,采用Copula函数研究岩基抗剪强度参数联合分布模型,探讨水利水电工程中岩基抗剪强度参数联合分布模型构建方法。利用最小二乘法求出岩基抗剪强度参数试验数据的相关统计参数,基于AIC准则识别出岩基抗剪强度参数边缘分布。选择4种Copula函数构造岩基抗剪强度参数二维分布模型,探讨了基于Copula函数的岩基抗剪强度参数二维分布模型的优越性。结果表明：水利水电工程岩基抗剪强度参数存在明显的统计负相关性。Copula方法能够构造具有任意边缘分布和任意相关结构的岩基抗剪强度参数联合分布模型,它为构造抗剪强度参数联合分布模型提供了一种简便的工具。已知岩基抗剪强度参数的边缘分布函数和相关系数不能唯一确定岩基抗剪强度参数的联合概率分布模型,在抗剪强度参数边缘分布函数和相关系数完全相同的前提下,不同Copula函数建立的抗剪强度参数联合概率分布模型差异显著。与常用的抗剪强度参数二维正态分布模型相比,基于Copula函数的抗剪强度参数二维分布模型具有较强的灵活性,它能更好地拟合原始观测数据。水利水电工程中惯用小值平均法确定标准值,当摩擦系数取较小值时,不同Copula函数构造的黏聚力的条件累积分布函数差异显著,这将对抗剪强度参数标准值的选取以及相应的设计方案具有明显的影响。     

基于量化的GSI系统和Hoek-Brown准则的岩体力学参数的估计

Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则相比,综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征,更符合工程实际,由该准则所估算的岩体力学参数可为最终确定岩体力学参数提供重要依据。基于引入的岩体体积节理数Jv和结构面条件因子JC量化的GSI(地质强度指标)围岩分级系统和Hoek-Brown强度准则来估计岩体力学参数,并结合具体的工程估算岩体的力学参数验证应用效果,其成果对工程设计和施工有重要指导意义。     

边坡变形破坏模式识别系统的实现

以岩体结构为最基本的控制因素,同时结合考虑岩性、结构面形态及边坡结构参数等因素实现了边坡变形破坏模式识别系统。系统将模式识别技术与专家系统有机结合,针对五种岩体类型边坡分别进行模式判断;具有与工程结合紧密、能获得定量结果、层次清晰及使用方便等优点。由本系统判断识别的破坏模式与实际破坏模式相符合,说明了系统的实用性和可行性。     

分位数回归在岩体力学参数选取中的应用

随着大型水电工程、大型桥梁、高层建筑和地下空间工程建设的发展,如何合理地确定岩体力学参数显得尤为重要,这将直接影响到工程的投资和可靠性。本文首先简要地介绍了分位数回归的概念和性质,接着以某水电站混凝土抗剪强度试验研究、模拟裂缝化灌抗剪强度试验研究、完整黏接裂缝芯样抗剪试验研究为背景,结合大坝设计相关规程要求,采用分位数回归对其力学参数进行选取分析研究。同时也采用传统的线性0.2分位值、点群中心法、优定斜率法对该试验成果进行了计算比较,确立分位数回归在二维岩体力学参数选取中的优势。通过以上分析研究,文中首次提出采用分位数回归进行岩体力学参数选取,为工程建设参数选取方法提供参考。     

考虑突变理论的顺层岩质边坡失稳研究

应用突变理论,以顺层岩质边坡为例,考虑地下水对滑面带介质的应变和水致弱化性质,以及地下水对边坡后缘张裂缝的水力效应,构建了边坡的尖点突变模型,分析了顺层岩质边坡失稳的力学机制：边坡失稳过程主要是内部因素和外部因素共同作用的结果,内部因素主要是地下水通过物理化学作用软化了滑面带岩体,使滑面带岩体刚度比降低,在边坡失稳的过程中起主导的定性作用;外部因素主要是指边坡后缘张裂隙的静水压力,不仅使得边坡的滑动势能增加,还对边坡造成一种扰动的作用,加速滑坡的启动。在突变分析的基础上,推导了边坡后缘张裂缝临界充水高度和临界降水强度的关系式,建立了边坡滑移破坏的水力判据;给出了边坡岩体在渐进软化过程中的位移变化规律,剪切位移并非均匀增长,而是呈现出阶梯状跳跃式上升。同时,进行了室内物理模型试验（当刚度比 ）,在一定程度上验证了考虑突变理论来分析顺层岩质边坡失稳的力学机制和边坡岩体在渐进软化过程中位移变化规律的合理性。并提出了此种类型边坡的处治技术与优化方法建议。     

基于H-B准则的各向异性边坡岩体强度参数修正研究

在岩质边坡的稳定性计算分析中,各向异性岩体抗剪强度参数的合理取值直接决定了分析成果的可靠性。为充分考虑岩体各向异性对边坡工程的影响,本文基于H-B强度准则,利用边坡岩体质量分类体系CSMR替代RMR,对参数m_b、s进行修正,并由此进一步计算得到各向异性边坡岩体的等效M-C强度参数。通过工程实例,计算比较了金沙江某水电站导流洞出口边坡在相同基岩条件、不同开挖设计方案下强度参数修正前后的边坡稳定安全系数。研究结果表明,岩体各向异性对边坡稳定性影响较大,未考虑岩体各向异性的岩体参数用于边坡稳定性计算时不能准确反映边坡的实际稳定性状态;而经过各向异性修正后,导流洞出口边坡两种设计方案下的整体稳定安全系数计算结果分别为1.11和1.70,与工程地质定性、半定量评价结果基本相符。通过本文提出的方法对边坡各向异性岩体参数进行修正,并在此基础上对边坡整体稳定性进行计算分析是可行的。     

层厚比对水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数的影响

现有标准规定砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数,当层厚在5 m以下时按泥岩取值,对不同工程场景、不同的层厚比例关系未做进一步区分。引入泥岩层厚与砂岩层厚之比,即层厚比,利用FLAC3D建立不同层厚比的水平砂泥岩互层岩体三轴数值试验模型,探索了层厚比对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数和变形特征的影响规律。结果表明:当岩层总厚度不变,层厚比以0.75为界,当层厚比小于0.75时,层厚比越小岩体黏聚力越大,反应砂岩对岩体黏聚力有增大效应,在此区间内水平砂泥岩互层岩体黏聚力可按1～4倍的泥岩黏聚力取值;同样,岩体内摩擦角仅按泥岩取值也不客观,但其随层厚比的变化规律不明显。当层厚比大于0.75时,水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数按泥岩取值是可行的。当层厚比不变,层厚对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数有明显影响,层厚比小于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚变化较大;层厚比大于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚的变化较小,可按泥岩取值。层厚比小于0.75时,互层岩体的内摩擦角随层厚变化较大;层厚比大于0.75时,岩体内摩擦角随层厚的变化较小,可按泥岩取值。水平砂泥岩互层岩体的变形特征也同岩体层厚比和层厚有关。层厚比较小时,岩体变形发生在砂岩层,破坏范围较大;随着层厚比的增大,其变形破坏发生在软岩部分,硬岩部分基本不出现变形或出现少量变形;若岩体层厚比不变,层厚减小,岩体的变形范围变大。     

基于熵权的可拓理论在岩体质量评价中的应用

坝基岩体质量综合评价是一个复杂的工程决策问题,常常表现为指标与指标之间的矛盾、定性信息与定量信息的共存,解决这类多属性、不相容问题,应采用定性与定量综合集成的方法加以研究。而可拓学正是采用物元的概念将研究对象、评估指标与其值域结合为一体,研究事物可拓性及其开拓规律,解决矛盾问题的一门新学科。应用可拓理论,基于多指标优化融合的思想,通过物元变换建立了坝基岩体质量评价的物元体系,计算评价指标对评价等级的关联系数,引入熵权法确定物元指标体系的权重系数,建立了基于熵权的可拓学理论,并将此理论应用于某工程坝基岩体质量评价,取得了与工程地质报告相一致的评价结果。     

岩石破坏非连续变形分析弹脆性本构模型的二次开发

岩石非连续变形分析方法DDARF成功实现了模拟岩体裂纹萌生、扩展、贯通、破碎的全过程,但算法只考虑了岩体的线弹性本构模型,没有分析岩体的非线性应力-应变关系。为更符合真实岩体工程,同时扩展岩石非线性本构模型的应用范围,分别采用摩尔-库仑强度准则和最大拉应力强度准则对岩体进行剪切和拉伸破坏判断;对理想弹脆性本构模型进行算法分析,并在VC++平台下程序实现;对“自定义”的岩体非连续变形分析方法弹脆性本构模型与室内单轴压缩试验进行比较分析;将岩体非连续变形分析方法弹脆性本构模型应用于大型地下洞室开挖,并与线弹性本构模型进行对比。结果表明,非连续变形分析方法中自定义岩体弹脆性本构模型是可行的,它能够反映岩体变形的非线性特征,与室内试验吻合度较好;非连续变形分析方法弹脆性本构模型应用于大型地下工程,能更安全且真实地分析洞室围岩的稳定性,进而更好地指导地下洞室的防护措施。     

高边坡变形非线性时变统计模型研究

基于高边坡长期变形监测资料,深入分析了边坡变形的影响因素,建立边坡非线形时变统计监控模型,并将模型应用于锦屏一级水电站边坡工程。通过典型测点长期监测资料的分析,确定时效和降雨是影响边坡变形的2个主要因素,并给出了各自的表述形式,在Matlab平台上,采用非线性回归方法得到边坡非线性时变统计模型的参数。在此基础上,根据边坡变形拟合残差时序,采用ARMA模型方法进行拟合和预测,对边坡非线性时变模型的拟合和预测进行修正。结果表明,模型能较好地描述高边坡的变形特征,并且具有很好的拟合和预测精度。