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。     

小动力旋挖钻机用嵌岩短螺旋钻头结构形式的改进

采用小动力无加压旋挖钻机在粒径较大的卵砾石地层和泥页岩地层中进行1500 mm以上大口径钻孔灌注桩施工，由于钻机动力小且不能加压，用常规嵌岩短螺旋钻头钻进出现进尺慢或不进尺现象。通过对河南西峡县宛西制药责任有限公司新厂房桩孔施工过程中出现此种现象的分析和处理，提出了嵌岩短螺旋钻头针对性的改进措施，并取得了良好效果。     

深溪沟水电站猫岩崩滑体的成因及稳定性评价

在论述猫岩崩滑体基本特征的基础上，对该崩滑体的成因进行了初步探讨；采用反分析优化参数计算，评价了崩滑体在各工况下的稳定性，研究结果为深溪沟水电站厂房布置方案的选择，提供了重要依据。     

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。     

基于v-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机（v-SVR）和改进的遗传算法（GA），提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案，用v-SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习，建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程；采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数，并利用GA搜索最优参数取值。采用v-SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程，能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值，因此，可以用该隐式方程代替正分析，减少计算量；采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数；搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明，基于v-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法，可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于总位移指标的反倾岩质边坡倾倒变形影响因子敏感性分析

为分析反倾边坡倾倒变形影响因子敏感性差异,本文采用数值模拟与灰色关联相结合的方法进行研究。首先将边坡几何特征参数、岩体物理力学参数、岩层力学参数定为反倾边坡第一级倾倒变形影响因子,并从各一级因子中进一步划分出边坡坡度、岩层倾角、岩层柔度等12个次级影响因子;然后对各二级影响因子分别选取11个水平数,并将12个二级影响因子、11级水平数随机组合成11套数值模拟方案,采用UDEC进行各方案数值模拟分析;最后采用灰色关联理论以坡顶倾倒变形水平位移为参考序列对12个二级影响因子进行关联度计算,并进一步分析出了3个一级影响因子敏感性大小。研究结果表明：（1）12个二级影响因子对倾倒变形影响最大的是岩层倾角;（2）三个一级影响因子中几何特征参数对倾倒变形影响最大,岩层层理力学参数对反倾边坡变形影响次之,岩块物理力学参数对反倾边坡变形影响最小。     

基于ν-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机(ν-SVR)和改进的遗传算法(GA),提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案,用ν-SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习,建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程;采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数,并利用GA搜索最优参数取值。采用ν-SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程,能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值,因此,可以用该隐式方程代替正分析,减少计算量;采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数;搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明,基于ν-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法,可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于?－SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机（?－SVR）和改进的遗传算法（GA）,提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案,用?－SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习,建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程;采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数,并利用GA搜索最优参数取值。采用?－SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程,能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值,因此,可以用该隐式方程代替正分析,减少计算量;采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数;搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明,基于?－SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法,可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于ν-SVR和改进PSO算法的反分析方法及应用

岩土工程反分析面临着多元化、复杂化和精确化的挑战,反分析方法要求能在少而精的正分析基础上结合监测数据快速反馈出数值计算参数.充分发挥支持向量回归机ν-SVR和改进的变邻域PSO算法的优势,建立起岩土工程反分析的流程和方法.同时,将其应用于锦屏左岸边坡的反分析问题,选择稳定问题非常突出的II1-II1剖面作为分析对象,根据监测资料反馈设计关键岩体的力学参数,并与监测数据比对,反演成果合理准确,进一步验证了该方法的的正确性和有效性.     

清江水布垭水利枢纽地下厂房围岩变形特性研究

通过在水布垭水利枢纽地下厂房中进行变形试验,研究了厂房区岩体的变形特性,采用反分析法进行粘弹性反分析,反演出地应力、弹性模量及粘性参数,并与现场试验结果进行比较,对反算值进行评价。     

基于PSO-SVM非线性时序模型的隧洞围岩变形预报

现场量测获得的围岩变形信息,从宏观上反映了地下洞室围岩-支护系统力学性态变化。为克服人工神经元网络方法过学习问题,提出了一种新的预测地下洞室围岩变形的粒子群支持向量机方法,用粒子群算法优化最小二乘支持向量机的参数,避免了人为选择参数的盲目性,提高了预测模型的训练速度和预测推广能力。利用这种非线性智能预测方法,基于监测数据滚动预测围岩变形,可以及时优化和调整施工步序,保证洞室的稳定性。将该方法用于清江水布垭电站地下厂房的围岩收敛变形预测,获得了令人满意的预测效果。     

人工冻土黏弹塑性本构参数反分析研究

通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究,获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性：当应力水平较低时,人工冻土发生黏弹性蠕变变性;当应力水平较高时,人工冻土发生黏塑性蠕变变性。因此,以西原模型为基础,增加一个黏弹性元件项和用抛物线屈服函数代替塑性屈服项,构建了高应力下抛物线型黏弹塑性蠕变本构模型。改进的西原模型可以较好描述人工冻土剪切蠕变特性。基于小生境技术的遗传算法和人工冻土黏弹塑性模型有限元理论,在FEPG（有限元程序生成器）自动生成平台上研发了位移反分析程序。利用现场实测数据对深井冻结井筒开挖过程进行了位移反分析,获得了与试验相一致的冻土本构力学模型参数,数值分析结果与实测数据之间的误差在6%以内,反演结果验证了模型的可行性。冻结井筒开挖过程的位移反分析获得的人工冻土本构模型参数,能反映冻结壁施工过程和有效冻结范围内冻土本构参数平均值,因而具有广泛的代表性,对冻结壁应力场、位移场和稳定性预测具有重要工程意义。     

隧洞围岩损失位移估计的智能优化反分析

隧洞开挖过程中围岩监测断面的布置一般滞后于掌子面开挖,监测断面布置前围岩已发生的位移称为损失位移。采用优化反分析思路求取损失位移,该思路将损失位移的求解转化为以实测位移与计算位移的误差作为目标函数、岩体力学参数作为决策变量的全局优化反分析问题。针对该全局优化反分析问题是一类高度非线性多峰值且计算代价较高的优化问题,将性能优异的粒子群优化算法与高斯过程机器学习方法相融合,结合FLAC3D数值计算程序,提出隧洞围岩损失位移优化反分析的粒子群-高斯过程-FLAC3D智能协同优化方法。算例研究表明,该方法是可行的,不仅能获得可靠的损失位移预测结果,而且可获取合理的围岩计算模型力学参数,具有全局性好、计算效率高的特点,克服了传统优化反分析方法容易陷入局部最优或过于依赖初始学习样本的局限性。将该方法应用到锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的损失位移反分析,获得了该断面围岩的损失位移和力学参数,其中,损失位移较大,原因在于岩体开挖后在短时间内弹性变形大。因此,对于地下工程,特别是深部地下岩体工程,在围岩稳定性评价与围岩参数反分析中,损失位移不可忽视,应给予足够重视。     

水布垭尾水洞开挖与支护顺序的智能优化分析

选取清江水布垭电站尾水洞区域,通过正交设计构造不同的开挖与支护施工方案,建立三维数值模型,模拟施工开挖衬砌支护过程,研究了复杂地质条件下大型地下洞室群围岩开挖位移和塑性区;用进化神经网络学习预测其余方案,优化全局方案,构建稳定性的综合判据指标,分析大型洞室群的整体稳定性,得到最优的施工顺序,为设计和施工提供了参考依据。     

复杂条件下大型洞室群施工反馈分析集成智能系统研究

地下工程具有复杂性和不确定性的特点,大型洞室群施工反馈分析需要综合经验知识、统计分析和数值模拟等多种手段。在介绍反馈分析流程和多种反馈分析方法基础上,提出的包括数据库、知识库、模型库和推理机的IDSS框架的反馈分析的集成智能系统,并基于PB和VC++平台进行了程序的初步开发。通过在水布垭电站地下厂房的施工反馈分析中应用表明,该系统模式和开发策略是可行的。     

三峡工程地下电站主厂房围岩渗透性研究

利用压水试验资料分析了主厂房区岩体在水平方向和垂直方向的渗透性。在水平方向,主厂房区岩体的渗透性以微透水-弱透水为主,部分甚至不透水,个别岩体中等透水,厂房位于比周边岩体渗透性弱的区域上。在垂直方向,主厂房区大部分岩体的渗透性随深度的增加而递减,但也有小部分岩体的渗透性变化不明显,并非随深度的增加而递减。导致这种现象的原因是这部分岩体中高倾角的裂隙和断层比较发育。在同一高程上,断层端点对岩体透水率有较大的影响,断层端部发育聚集的地方,岩体的透水率大。     

糯扎渡水电站1#导流隧洞三维非线性有限元开挖模拟分析

糯扎渡水电站1#导流隧洞开挖经过F3断层,开挖过程中,F3断层影响带附近的岩体力学参数直接控制着围岩的变形和应力分布。为了评判后续Ⅱ,Ⅲ层开挖围岩的稳定性,首先利用隧洞第Ⅰ层开挖的位移监测数据反演出F3断层附近围岩的岩体力学参数和初始地应力场;然后,利用反演得到的初始地应力场和岩体力学参数进行Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ层开挖模拟分析,得到了F3断层附近围岩的应力变形情况。计算结果表明：随着开挖的不断进行,隧洞F3断层周围岩体的约束逐渐解除,围岩的应力逐渐增大,隧洞周边的位移也不断增大,并且隧洞周围应力变形在F3断层中心区域有明显的错动现象,说明F3断层对隧洞的开挖影响比较大,有必要对此区域后期变形加强观测和分析。     

基于黏弹性本构性能的隧道围岩变形预测研究

针对Ⅲ、Ⅳ级围岩,以江西高速公路隧道为背景,采用弹-黏塑性有限单元法分析预测不同类别隧道围岩变形。选取现场Ⅲ、Ⅳ级围岩进行室内剪切流变试验,分析得到Ⅲ、Ⅳ类岩样流变试验曲线与广义Kelvin 模型的流变曲线吻合较好。基于广义Kelvin模型,推导出黏弹性模型复杂应力状态下的应力-应变关系。采用施工过程的黏弹性动态反分析法计算围岩参数,结合反演参数对预测隧道围岩变形进行预测分析。研究成果已应用于实际隧道工程中,指导、修正设计和施工参数,可为安全施工提供合理依据。     

双连拱隧道围岩变形有限元与BP神经网络耦合分析

以浙江金(华)-丽(水)-温(州)高速公路永嘉鹿城段的红枫双连拱隧道为工程背景,建立了基于神经网络的连拱隧道围岩变形预测模型.利用施工过程中左洞量测的围岩变形进行反分析,确定出围岩的力学特性参数,再通过数值分析方法对隧道右洞围岩变形和稳定性做出合理的评价和符合实际的预测,从而更有效地对支护参数和施工方法进行反馈设计.通过预测值与实际监测值的比较可以看出,其预测精度满足岩土工程的要求,具有一定的工程意义.     

清江水布垭地下厂房围岩稳定三维数值分析

采用三维有限差分法,对水布垭地下洞室群围岩稳定性进行了分析。通过多种方案计算和比较,论证了局部软岩置换、支护型式优化、支护参数优化的合理性。在此基础上对地下洞室围岩的整体稳定性作出评价。