洞室围岩质量多因素模糊综合评价模型及应用

由于洞室围岩质量及其影响因素的复杂性和不确定性,以往采用定指标、定权重的评价方法不尽合理,因此,有必要建立一多因素模糊评价模型.首先,应用模糊数学方法,建立了考虑岩石的单轴抗压强度σc,RQD指标,结构面间距J1,结构面摩擦系数f和岩体的声波速度V的多因素洞室围岩综合评价模型;然后,以地下洞室围岩为工程背景,对岩体质量进行了模糊综合评价,结果表明:模糊评价方法适用于不同岩体工程,能最大限度地利用工程勘察成果,是解决多因素、多指标综合问题的有效决策方法.得到的结果与可拓学评价法以及RMR法得到的结果大致相同,符合实际情况,说明多因素综合评价模型的正确性.     

地下工程围岩分类的神经网络可视化评价

围岩分类是地下工程技术基础研究的重要课题之一。影响围岩类别的因素有很多，并且具有高度的随机性和模糊性。神经网络方法具有自组织、自学习和高度非线性映射的能力，并且既能考虑定量因素又能考虑定性因素，因此，在围岩分类的应用方面，神经网络具有广泛的前景。文章基于改进的BP神经网络的一般原理，依据有关地下工程围岩的分类标准，选取岩体结构、岩石饱和单轴抗压强度、岩体结构面、岩石纵波速度作为围岩分类的评价指标，利用MATLAB语言构建了可视化的围岩分类神经网络模型，并收集了大量的工程资料对网络进行训练和检验。结果表明，网络的预测结果与实际结果比较一致。证明神经网络是能够在工程岩体分类方面得到推广应用的。     

基于优化组合权-模糊可变集的坝基岩体质量分级

为解决坝基岩体质量指标参数不确定性问题,特别是处于相邻等级分界线附近的岩体分类问题,本文提出基于优化组合权-模糊可变集的坝基岩体质量分级模型。首先选取岩石单轴饱和抗压强度(R_c)、结构面间距(J_d)、岩石质量指标(RQD)、完整性系数(K_v)、声波纵波速度(V_P)和地应力修正系数(Q)等6个主要影响指标,将每个指标划分为5个等级;然后利用改进的序关系分析法(G1法)和最大离差法分别确定指标的主客观权重,通过矩估计法优化指标的组合权值,同时借助单因素轮换法(OAT)分析指标的敏感性;最后以金沙江旭龙水电站坝基岩体的7个标准样本作为实例,应用模糊可变集模型进行坝基岩体质量分级评判,将分级结果与云模型的判定结果进行了对比。结果表明：7个样本中,除岩体样本N3的分级结果存在差异外,其余样本的分级结果均吻合;根据野外实地勘测结果,样本N3属于Ⅱ类的概率高达80%,与本文分级结果相吻合,验证了本文方法的可靠性,也弥补了云模型关于评判坝基岩体质量的不足。此外,指标的敏感性由高到低的排序为R_c...     

高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

人工神经网络在澜沧江某电站坝基右岸复杂岩体分类中的应用

结合云南省澜沧江某水电站工程实例,应用BP人工神经网络方法建立3层BP网络模型。选取岩石单轴抗压强度、岩体完整性系数、RQD、节理面粗糙度系数、节理面风化变并系数、透水性系数等6个影响因素为输入变量,对坝基右岸复杂岩体进行质量分类。通过对比分析发现,BP网络模型经多次学习后,预测岩体质量类别时辩识能力较强,结果可靠,取得了较好的实际应用效果。      

基于BQ系统的阿拉善巴彦诺日公NRG01号钻孔岩体质量评价

高放废物深部地质处置目前受到世界各国的高度重视,处置库围岩岩体质量评价是高放废物处置库选址的关键问题之一。文章基于BQ系统对我国高放废物地质处置库阿拉善预选区巴彦诺日公NRG01号钻孔进行了岩体质量评价。NRG01号孔钻孔资料丰富,采用岩芯编录、波速测井、水压致裂地应力测量及岩石波速测试、单轴压缩试验等多种方法手段相结合的方式获取了BQ评价系统中的各个参数。评价过程中,综合考虑了岩体坚硬程度、完整程度及地下水、软弱结构面、初始地应力等因素对围岩稳定的影响。根据计算的[BQ]值对岩体质量进行评价并与RQD评价结果进行对比。评价结果表明,NRG01号孔岩体质量较好,Ⅰ级和Ⅱ级岩体占90%,410~500 m的岩体范围可作为处置库建设的目标岩体。[BQ]值与RQD值所得的岩体质量评价结果一致性良好,但由于BQ系统考虑的影响因素更为全面,评价结果更为精细。本次评价可为巴彦诺日公地段高放废物地质处置库场址比选及处置库目标岩体选择提供依据。     

围岩质量分级的模糊综合评判研究

岩体本身具有许多不确定性和随机性,围岩质量分级取决于许多因素。选择岩石单轴饱和抗压强度Re、岩体完整程度（RQD）、平均节理裂隙间距d、不连续面状态系数f、结构面方位φ以及地下水状态w六个指标,采用模糊数学方法,引入模糊数学隶属函数的概念,建立边坡岩体质量综合评判模型,并将其应用于黄河上游某电站引水隧洞围岩岩体质量评价。评判结果显示,该模型使用模糊综合评价的评价结果与现场定性判断及报告中RMR分类结果基本一致。     

岩体结构信息的采集处理研究

岩体结构理论指出，结构面是岩体的构成因素之一，它的空间展布信息是进行岩体结构类型划分、岩体质量评价所需的最基础的资料。当前最为广泛采用的结构面空间分布信息采集方法是人工猜测法，应用该法室外工作量大，而且工作环境对采集数据的精度、效率影响很大。论文介绍了依据计算机视觉理论，针对金沙江下游某水电站坝前右岸滩地结构面信息采集的实际情况而开发的岩体结构信息采集及处理程序，以数码摄像机快速高效的拍摄滩地，在室内解析岩体数码图像的信息，并应用已开发的可沿任意方向进行结构面切割的程序处理结构面信息，获得结构面间距、迹长、单位面积裂隙总条数等岩体结构类型划分指标。经现场实测、比对，应用该法不但可提高工作效率、减少误差，而且大大地改善了工作环境，所得结果较为可信，为坝基岩体质量研究提供了详实的基础资料。     

基于冲切破坏模式的嵌岩桩桩端溶洞顶板临界厚度确定方法研究

桩端下伏溶洞顶板厚度是影响嵌岩桩竖向承载力的一个重要影响因素,在工程实践中,我国相关规范要求桩端平面以下的顶板厚度不小于3倍桩径。根据规范确定溶洞顶板厚度具有一定的经验性和笼统性,没有考虑溶洞顶板岩体质量,亦忽略了溶洞自身尺寸的影响。基于桩端岩体的冲切破坏模式,并结合广义Hoek-Brown准则和极限定理上限法建立了溶洞顶板临界厚径比(h/d,即顶板厚度h/基桩直径d)的计算方法,给出了不同岩体基本质量级别的临界厚径比建议值。结果表明:极限端阻力、岩石坚硬程度和岩体质量均对临界厚径比产生影响,极限端阻力越小、岩体质量越好、岩石越坚硬,则溶洞顶板的临界厚径比越小;以《工程岩体分级标准》(GB/T50218-2014)中岩体基本质量分级为参考依据,Ⅰ~Ⅳ级岩体的临界厚径比建议值分别是Ⅰ级岩体h/d≤2.41、Ⅱ级岩体2.41≤h/d≤2.96、Ⅲ级岩体2.96≤h/d≤3.73、Ⅳ级岩体3.73≤h/d≤4.91。     

基于PCA法和Fisher判别分析法的岩体质量等级分类

岩体质量等级分类在实际的工程中有着很重要的作用。基于主成分分析（PCA）法和与Fisher判别分析法相结合建立岩体质量等级判别模型,选取单轴抗压强度、岩体体积节理数、声波纵波速度、节理面风化变异系数、节理面粗糙度系数和透水性系数6种指标作为岩体质量分级判别的判别因子。以永平铜矿露天矿区工程岩体特征资料中的20个样本为训练样本,10个为待判样本,对该模型进行检验和应用,并与传统的RMR法、Fisher判别分析模型的结果进行比较,相应正确率分别为87%、70%、77%,判断结果表明利用主成分分析法和Fisher判别分析法建立的模型判别能力更高。     

全息干涉法测量Ⅰ型结构面KⅠ技术路线

岩体Ⅰ型结构面应力强度因子KⅠ是岩体的一个重要参数,求取KⅠ的过程需确定结构面几何影响因子 。根据修正的Feddersen公式,可以制作出与工程岩体Ⅰ型结构面具有相同 的试验岩石模型。根据激光全息干涉法两次曝光法的理论,结合裂纹尖端的应力场方程组、平面光弹性的应力-光定律,建立新的标准化试验方法和算法,可以构建出使用激光全息干涉法2次曝光法测量工程岩体Ⅰ型结构面应力强度因子KⅠ的试验技术路线,该法具有条纹易识别,精度高的优点。     

基于广义RQDt的岩石质量空间分布规律研究

自然界中的岩石通常含有大量复杂交错的结构面,造成岩石质量在三维空间中存在明显的各向异性。作为评价岩石质量的重要参数,岩石质量指标(广义RQDt)被广泛应用于岩体工程。结合三维裂隙网络模拟法和测线法,对岩体质量在三维空间不同方向上的分布规律进行研究:首先根据研究域岩体的裂隙统计参数及分布规律,利用Monte-Carlo法生成三维随机裂隙网络;然后通过在研究域内布置监测点和测线的方式来计算监测点处RQDt值随空间方位的变化,得到岩石质量空间分布图,以此来直观描述岩体质量沿空间不同方向的分布。将该法应用于某工程坝区岩体质量评估,表明该方法简单且具有较强的实用价值,可较全面描述岩体质量在空间方向上的分布规律。     

突变理论在层状岩体破碎分析中的应用

本文简要介绍突变理论的尖点突变模型。在分析层状岩体在爆炸冲击荷载作用下破碎程度主要受控因素的基础上,运用拟合的途径建立了岩石破碎分析的尖点突变控制方程。该方程可以被用来直接定量计算岩石破碎块度发生明显变化点的炸药单耗(q)或炮孔与层状结构面间的夹角(α),实践证明是可行的。     

基于尖点突变模型饱水边坡稳定性分析

为分析不同饱水条件下露天矿坑边坡稳定性,基于尖点突变理论,考虑矿坑水位变化对滑坡面岩体的劣化作用,构建饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型。结果表明:不同饱水条件下对边坡岩石力学性质产生损伤,损伤演化方程符合负指数变化规律,并根据弱化规律建立非线性饱水弱化函数;对饱水滑面介质建立本构方程,引入饱水弱化函数,构建不同饱水条件下边坡稳定性分析尖点突变模型;根据尖点突变模型判别式得到,饱水作用对岩石损伤越大,判别值逐渐趋于0,边坡状态由稳定向失稳方向转变。研究成果可为边坡体内部含有的地质构造,如软弱结构等,以及受水位影响的库岸边坡稳定性分析提供有益思路。     

基于粗糙集和支持向量机的融合算法在岩体质量评价中的应用

从数据融合角度出发,把粗糙集理论和支持向量机理论结合,用来解决隧道岩体质量评价问题。首先,应用粗糙集理论对岩体质量评价样本数据进行约简,去除冗余特征形成岩体质量影响因素与岩体质量之间简明扼要的关系数据表达形式,形成新的样本数据,然后应用支持向量机理论,对新样本数据进行学习,建立岩体质量的支持向量机评价模型。通过实际工程应用表明,该方法科学可行。      

结构面三维网络模拟在岩体质量评价中的应用

岩石质量指标RQD是反映工程岩体完整程度的定量参数,广泛用于水利水电、矿山、地下工程、交通工程等岩体稳定性评价,但是传统的RQD定义不能满足实际工程岩体各相异性要求。针对贵州黔中水利枢纽工程拱坝坝基岩体结构面特征,利用Monte-Carlo法在计算机上生成岩体节理三维网络图,建立了模拟计算不同阀值t的岩石质量指标RQDt的计算机模拟方法。该方法能较真实客观地描述岩石质量。     

冻融风化边坡岩体质量评价体系研究

乌鲁木齐-尉犁高速公路是连接天山南北的重要通道,翻越天山公路沿线将产生大量的工程边坡,如何快速、准确地评价高寒地区现有边坡的稳定性,以及后续建设过程中对边坡稳定性的影响,直接关系到线位选择、工程量及投资估算量。基于岩体基本质量,选取边坡岩体结构面与边坡临空面组合因素、水文条件作为主要影响因素对现有边坡岩体质量进行修正,构建了现状的边坡岩体质量评价体系（TBQ）。在此基础上,考虑了大温差及水文条件造成的冻融风化作用、地震影响以及开挖方式等因素,构建了边坡岩体稳定性的预测评价体系（TFBQ）,对于完善高寒地区边坡质量评价体系具有重要的研究意义。通过运用该体系对项目区边坡进行了稳定性评价及预测适用性分析,取得了较好效果。     

海域岛礁桥梁地基岩体质量分级体系研究

跨海大桥由于受地形限制,桥基只能布设在单薄的海域岛礁上,而岛礁岩体质量及其边坡稳定将控制桥基型式及埋深。结合在建舟山大陆连岛工程西堠门大桥桥基所在的老虎山岛礁,针对其大跨度、高塔柱桥梁地基赋存的地质环境条件,综合考虑不同部位(即水上、水下及潮间带三个不同位置),提出以岩石力学性质、岩体结构类型、结构面发育特征(尤其是软弱结构面控制)、风化状况、地下水(受海水频繁潮涨潮落影响)等分级控制因素,并分别相应采用岩石单轴饱和抗压强度Rs、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、风化程度系数KY及地下水影响修正系数U对上述分级控制因素进行量化,建立了反映海域岛礁岩体总体质量综合指数Z=Rs×RQD×Kv×KY+U,并相应得出不同级别岩体质量分级体系。     

地下矿山裂隙岩体结构均质区三维划分方法研究

针对现有岩体结构均质区划分方法应用于地下矿山时存在细节辨识能力偏弱等问题,开展地下矿山岩体结构均质区三维精确划分方法研究。以广西铜坑矿锌多金属矿体3^#矿块为例,从岩体空间结构展布特性出发,构建由确定性与随机性结构面耦合的裂隙岩体三维模型;将岩体模型正交网格离散化,并选取模型网格子区的块体化程度值为均质区划分判据;利用K-means算法衡量不同数据源(网格)的相似性,结合误差平方和(SSE)度量聚类质量;最后重构三维岩体结构均质区,形成了一种地下矿山岩体结构均质区三维划分方法。研究成果表明:利用该方法能够从三维角度精确划分地下矿山岩体结构均质区,可为后续岩体质量评价及岩体离散元模拟的模型构建等工作提供有益参考。     

基于结构面综合指标的岩体质量评价及应用

岩体结构面是处置库中核素迁移的关键通道,也是各种岩体质量评价的重要指标。鉴于高放废物处置库工程的安全等级、服务年限及围岩体力学特征,在深入分析传统的岩体质量评价方法及节理和断层等结构面对处置库安全性、可靠性产生的重要影响的基础上,建立一种基于多维度、多尺度结构面综合指标SCE的岩体质量评价方法。以中国高放废物处置库天湖地段岩体地表结构面调查和钻孔数据为依据,采用SCE指标对天湖岩体质量进行评价。实例分析表明:该指标克服了传统的单一指标对岩体结构面评价的不足,可以更便捷、准确、客观地体现结构面发育程度及岩体完整性,与现实情况更为符合。研究结果既可为处置库设计中的渗流特性和核素迁移规律研究提供科学、合理的依据,也可为建立一套适用于高放废物处置库场址筛选和适宜性评价体系提供一定参考。