基于GIS的斜坡监测预测系统的设计与应用

介绍了基于GIS斜坡监测信息管理、预测系统软件的设计思想和功能。该系统能够全面存储、分析处理、检索与监测有关的测试数据、地质、地物和施工设计信息等资料,并且具有图形可视化、报表制作、监测数据建模及预测等功能;系统采用客户/服务器结构,满足不同层次用户的需求,功能齐全,其总体设计、数据库设计以及系统架构设计合理,有助于实现斜坡工程的监测信息管理和预测评价。     

大型地下厂房施工期围岩变形监测成果分析

地下工程监测是工程动态设计和信息化施工的重要基础,监测成果全面、准确、及时的总结和分析上报更是其中重要的环节。乌江彭水电站地下厂房开挖尺寸大、地质条件复杂、开挖周期长、施工扰动大,为保证施工期和运行期的安全,在地下厂房区布置了大量的监测仪器,对厂房施工期围岩的变形性态与稳定性实施跟踪监测。通过监测成果分析表明：主厂房围岩总体上是稳定的,设计支护措施可以提高围岩的自稳能力,保障厂房开挖的稳定。但是受地质条件和爆破施工影响,局部围岩特别是下游边墙页岩部位岩体稳定性问题突出。     

基于地质体的地下厂房开挖变形插值方法

为了快速地获取施工过程中地下厂房区域的变形分布,在利用建立的三维地质模型的基础上,根据设计资料在地质模型中加入地下厂房模型和监测仪器模型,并根据设计资料的特征,设计了一套三维监测仪器图例,提出了基于设计资料快速加入仪器模型的方法。根据建立好的地质体地下厂房监测模型,进一步结合了基于监测仪器、三维地层、结构面的三维空间位置分布情况,充分利用监测仪器监测到的变形数据,进行了地下厂房变形分布的方法研究。根据监测仪器、地层和结构面的空间信息,改进了Shepard（谢别德）插值方法,使得变形分布插值更加趋近于真实。针对糯扎渡地下厂房工程实例,检验了方法的可行性。     

全站仪和滑动测微计在水布垭地下厂房监测中的应用

首次在国内大型水电工程地下厂房采用高精度全站仪和滑动测微,计分别对施工期围岩表面和深部的变形进行监测。近30个月的监测资料表明,围岩表面监测中变形较大的沉降和收敛测点集中在地下厂房开挖中的第5,6层的岩体上,围岩深部变形主要由岩体结构面或软弱面的张开引起的,地下厂房在监测期间处于稳定状态。通过施工开挖变形快速监测与预报,实时指导施工,保证了工程的安全施工。     

大型地下洞室考虑开挖卸荷效应的位移反分析

基于现场监测资料的位移反分析是地下工程动态监控、信息化施工的重要组成部分。以乌江彭水水电站大型地下厂房（开挖跨度为30 m,高度为78.5 m）为例,从围岩实测位移出发,建立了基于均匀设计－神经网络－遗传算法的围岩力学参数的系统反分析方法,反演考虑开挖卸荷效应的围岩力学参数。根据数值分析结果形成训练样本,利用BP人工神经网络映射围岩的变形与力学参数的关系,同时针对传统人工神经网络存在初始权值难以确定的问题,应用遗传算法优化神经网络的初始权值;利用现场监测的增量变形反演了围岩的力学参数;最后利用反演出的参数,进行地下厂房开挖预测分析。结果表明,预测位移与现场监测位移较为接近,进行统计检验结果为优,说明该参数反演方法是正确合理的。     

水布垭枢纽地下厂房开挖支护过程三维数值模拟

考虑清江水布垭枢纽大型地下厂房围岩（包括主要断层在内）的复杂地质条件,建立了其三维数值模型,对软岩置换、分步开挖及支护的施工全过程进行了数值模拟。基于计算结果,对比分析了毛洞与分步开挖支护两种情况下,若干典型断面各施工过程步的应力分布、顶拱沉降和侧墙收敛变形及其演化过程。分析表明：计算结果与现场监测信息具有较好的一致性,支护条件下该地下厂房总体上是稳定的,计算成果对后续施工与支护方案的动态设计优化具有指导意义。     

某水电站地下厂房围岩稳定性分析研究

某抽水蓄能水电站地下厂房洞室群所处地带围岩为新鲜的混合花岗岩及少量后期侵入的岩脉,岩石坚硬完整。采用新奥法施工,安装埋设了大量的观测仪器,准确地反馈安全监测数据对保障施工安全有不可替代的作用。通过整理分析该水电站完整的变形监测资料,证明了开挖对围岩变形的影响不大,除个别断层外,施工期和运行期的地下厂房整体上是稳定的。另外,还对地下厂房进行了数值模拟,采用有限差分法对模型进行非线性弹塑性计算分析,准确地预测了围岩动态变化过程,得出了洞室围岩位移和应力的变化规律,并与监测结果进行了对比,可为类似地下工程围岩稳定性分析提供借鉴。     

基于智能反分析的水布垭电站地下厂房机窝施工方案优化

采用正交设计、三维数值模拟、遗传算法与支持向量机,建立了清江水布垭电站地下厂房的智能反分析流程。按照上述流程,利用前6层开挖的现场监测信息对有关岩层的力学参数进行反分析,根据反分析的参数对后续的机窝施工进行数值模拟计算和方案优化。推荐的机窝施工方案采用槽挖方式,同时应用锚桩、软岩置换、锚喷支护等措施,兼顾了高边墙和机窝岩台的稳定性。优化结果对厂房施工具有重要的指导作用。     

白鹤滩水电站地下厂房层状节理岩体变形机理分析

为了研究白鹤滩水电站右岸地下厂房洞室群开挖期间的变形破坏问题,通过分析地下厂区工程地质特征、地应力实测资料和微震监测结果,利用通用离散元程序UDEC建立白鹤滩水电站地下厂房层状节理模型,计算得到了地下厂房开挖后的应力场、塑性区、位移场分布规律,揭示了围岩变形破坏区域。研究结果表明:围岩变形量增加速率与开挖强度具有密切关系;主厂房上游侧位移大于下游侧,损伤更严重,上游层状节理密度比下游大是造成上下游变形差异的主要原因。白鹤滩地下厂房变形机制的研究对其后续施工及其安全运营具有重要意义。     

复杂开挖条件下大断面洞室围岩的变形及力学特性研究

大型地下洞室的开挖施工往往面临复杂的地质环境以及复杂的施工程序, 研究这种条件下围岩的应力和变形规律不仅有助于进一步认识岩体的力学性质, 而且可以为大型地下工程的支护设计和施工提供重要的参考, 因而具有一定的实际意义。地下洞室的变形及稳定性问题主要集中于顶拱围岩, 以向家坝水电站地下厂房为例, 采用三维离散元程序3DEC, 研究了在复杂的开挖条件下洞顶围岩的位移和应力变化规律, 将计算位移与实际监测结果进行了对比, 提出适当的支护时机是系统支护滞后于掌子面约5 ~8 m。      

大型水电站厂区三维地应力场回归反演分析

岩体初始地应力场是地下洞室围岩稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一,初始地应力场是否可靠将直接影响到工程设计与施工的可靠性与安全性。结合某水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,引入灰色控制系统理论,采用三维有限元法和采用静态的三因素灰色计算模型GM(0, 3)对厂区岩体初始应力场进行回归反演分析。计算结果表明,厂区存在较大的水平向地质构造作用,岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成。实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上都较为接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得地下厂房厂区初始应力场较为合理的分布规律,为地下厂房的开挖模拟及稳定性分析提供了合理的初始应力场。     

大岗山水电站厂房断层控制区域微震监测分析

大岗山水电站地下厂房断层发育,两条陡倾角断层穿过厂房中后部,控制着厂房的围岩稳定性。拱顶处发育的断层由于开挖而出现塌方,需要对塌空区以及地下厂房进行稳定性监测。2010年10月建立南非综合微震系统（ISS）微震监测系统,对断层控制的厂房区域进行微震监测。采用能级分布法、时空分布法、能量指数法、位错法等对断层控制下的塌空区、厂房边墙、断层周边岩体进行了稳定性评价。监测表明,塌空区微震事件少,能级小;边墙岩体位移较小,微震事件数目较少;断层面间滑动位移分布不均,整体位移量不大,断层面岩体活动性不强。因此,断层区域在进行加固后,岩体整体稳定性有所提高,受断层影响较小,故地下厂房稳定性较好。微震监测对水电厂房开挖及运行期的安全稳定性评价有较强的指导意义。     

矿井水情监测与水害风险预警平台设计与实现

任何矿井水害事故均会显现不同的预兆,为夯实水害智能预警基础,明晰了感知、辨识、评估、预测及相互逻辑关系的系统建设内涵,针对不同水害类型,根据其突水机理不同,设计三大类多模式水害典型场景,建立相应突水判据,提出了确定性理论精确预测与包括大数据及深度学习在内的非确定性趋势推测两类预测方法,为智能预警系统的预测预报、预警准则及阈值设置奠定理论基础。以陕西省彬长矿区亭南矿为例,建立了动态信息、静态信息及关联信息的指标体系,将地面水文动态监测单元、井下水情环境监测单元以及采掘工作面采动动态监测单元集成,构建原位采集和突水要素预兆感知系统,实施基于关键层电性参数动态监测、关键部位单点或多点多参数监测联合布置的突水前兆信息精准获取方案,采用确定性模拟模型和非确定性智能模型,实现水害预测预警功能,基于多源数据融合和空间联动分析技术,预警系统实现了井上下全空间水害风险预警“一张图”的可视化展示。实践表明,监测预警平台理论基础扎实,预测预警效果显著。      

工程岩体分类方法在小浪底工程中的应用

利用国内外常用的RMR(Rock Mass Ruting)和Q工程岩体分类体系,对小浪底工程中的地下工程进行了岩体的分类研究,并根据分类结果提出了地下工程的支护措施,估计了岩体的抗剪强度和变形模量。工程实践结果表明,分类结果是合适的,依据分类结果制定的支护方案是合适的。运行结果表明工程处于稳定状态。     

ADO在监测信息管理系统开发中的应用

结合监测信息管理系统开发,阐述了ADO在Visual C++环境下的使用流程,主要说明了ADO中最重要的3种对象Connection、Command、Recordset的基本使用方法。开发过程表明,VC结合ADO开发监测软件具有很高的灵活性。     

岩体破裂尺度与频率特征关系及其工程实证研究

将S变换时频分析技术引入微震信号波形分析领域,通过震源破裂尺度,研究微震信号频率特征与岩体变形破坏之间的联系。以西南地区3个水电工程作为研究对象,将大量微震监测数据作为统计样本以减小外部因素对参数计算的影响。在该基础上统计、分析岩体破裂尺度与微震信号频率之间的关系,结合大渡河猴子岩水电站地下厂房微震与多点位移计监测资料进行工程实证研究。研究结果表明,当岩体破裂尺度增大时微震信号高频成分减少,表现出低频特征;在围岩变形过程中微震信号高频成分呈现出先减少再增加的演化规律,围岩发生明显变形前微震信号出现由高频向低频转移的现象,因此,可将聚集区域内微震信号频率降低作为该区域岩体宏观变形破坏的前兆信息。研究结果可为基于微震监测的岩体工程稳定性分析及其灾害预测预报提供参考。