基于统计的岩石物理力学参数相关性研究

岩土体物理力学参数在土木建筑工程设计和施工当中尤为重要,既关乎工程建设的质量安全,也与结构设计选型、成本和工程进度密切相关。为将这些珍贵的参数数据资料充分应用到工程建设当中,本文整理了《岩石力学参数手册》中记录的火成岩、沉积岩和变质岩3大类岩石的物理力学参数数据,并对3大类岩石的干、湿抗压强度、吸水率、容重和弹性模量5项物理力学性质指标进行统计分析研究。统计结果表明：（1）岩石干、湿抗压强度、弹性模量、容重4项指标满足正态分布,岩石吸水率指标不满足正态分布;（2）岩石的干、湿抗压强度之间存在极强的线性关系;（3）岩石的抗压强度和弹性模量指标与岩石容重存在正相关关系,岩石抗压强度与岩石吸水率之间存在负相关关系。根据统计结果,基于岩石各项物理力学参数之间不同的关系建立不同的经验公式,进而为岩土工程建设提供参考。     

基于卡方检验法对长白山龙门峰裂隙岩体统计均质区划分

岩体统计均质区是裂隙岩体研究的一个重要内容,是三维裂隙网络等的基础研究范围。在列联表卡方检验基础上建立起考虑裂隙岩体迹长的方法用来划分岩体的统计均质区,即在统计均质区划分过程中考虑裂隙迹长的因素,通过列联表卡方检验建立两对比样本,计算对比样本各属性之间的实际频率,计算卡方值与临界卡方值。在判断样本之间是否具有统计相似性的基础上,建立了确定统计均质区的划分方法,使得裂隙岩体统计均质区划分更为全面与客观。     

突发地质灾害气象预警统计模型与应用

通过引入地质灾害潜势度,突发地质灾害气象预警统计模型解决了雨量判据法不能明确表达地质环境条件的问题,在此基础上,提出了潜势度计算、大气降雨变量设计、预警方程优化3方面的改进方法。为提高潜势度计算的准确性,增加了基于卡方检验的地质环境因子独立性判别步骤;对地质环境因子确信程度初始值和权值计算中确信程度变化量初始值设置进行了规定;并将预警模型中累计雨量修正为更为合理的有效累计雨量。在现有的预警方程的基础上提出了基于联合概率分析的预警方程,避免了其与基本地质认识和物理规律存在一定距离、方程系数的意义不明确的局限。以2009年7月2日发布的24 h雨量预报为例,计算结果表明：虽然预报区域面积从101 008 km²减小到27 553 km²,但是地质灾害点落入预报区的比例从44%增加到62%。这说明通过改进的预警模型理论上更加严密,空间准确率有所提高,空报率有所下降。     

某些岩土参数的对数正态分布特征

本文试图说明服从对数正态分布岩土参数频率直方图的分布特征和在累积频率概率格纸上作正态检验及求取参数特征值的统计方法。使岩土参数的统计更合理     

D检验法的BASIC程序

以往检验大容量样本统计数据的正态性,多用~2检验法和柯尔莫哥洛夫检验法。实践证明,这两种方法的检验功效均不理想。70年代后期,国际上推行 D 检验法。根据国家标准 GB4882—85正态性检验的规     

基于统计损伤的岩爆预测

基于岩石单轴抗压强度的分布特征,对脆性岩石采用统计损伤的平行杆模型模拟,经岩石全过程曲线拟合,表明了 模型的合理性。进而提出采用平行杆模型模拟地下深埋洞室脆性围岩,推出了不同应力条件下岩体损伤的表达式,从统计损 伤的概念上,利用损伤变量来表征岩爆发生概率。工程实例分析表明该预测方法是有效的。     

基于孔压静力触探的岩土参数正态性检验方法对比

岩土参数的正态分布是岩土工程可靠分析的基本假定之一。目前,岩土工程参数的正态性检验以KS （Kolmogorov-Smirnov）检验为主,然而诸多研究表明,对于小样本数据,KS检验的正态性检验结果并不可靠。本文以废黄河泛滥沉积相粉土中的孔压静力触探（CPTU）锥尖阻力q_t数据为研究对象,首先采用ANOVA （方差分析）检验,从CPTU测试资料中进行总体的样本筛选,然后应用SW （Shapiro-Wilk）检验、KS检验、LF （Lilliefors）检验和AD （Anderson-Darling）检验等4种正态性检验方法,在不同样本容量条件下,对测试数据进行正态性检验评价。当测试数据的样本容量充足时,分析结果表明：SW检验结果最为严格,KS检验结果最不保守,而LF检验和AD检验的严格性介于两者之间;对于常规岩土工程设计,采用KS检验结果即可满足稳定性分析要求,对于复杂岩土工程设计,采用SW检验对设计参数进行正态性检验,可降低设计的不确定性。     

基于马尔可夫链的多元指示地质统计模型

与传统基于交叉变差函数(cross-variogram)的多元指示地质统计模型相比,基于马尔可夫链的多元指示地质统计模型采用转移概率(transition probability)来描述区域化变量的空间变化,可以很好地反映复杂空间的连续性,弥补了传统地质统计模型没有考虑地质体分布存在不对称性的缺陷,简化了各向异性的处理过程,且在建立模型的过程中,融入了地质类型分布的比例、平均长度和相互间的迁移转换趋势等地质统计信息,使建模过程更直观,更易于理解.用这种方法建立的模型在理论上有比较成熟的随机理论支持,在实际应用中能更准确地反映地质体的空间分布特征.由于该模型考虑了地质体空间分布的连续性、不对称性和各向异性等特征,因此将其用于模拟地下含水层的空间结构,可以真实反映实际含水层的空间分布,为进一步模拟地下水运动提供有力支持.     

岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法

岩土工程可靠度分析中,功能函数往往呈隐式且具有强非线性性质,而目前最为实用的矩方法,如JC法、二次二阶矩法,主要适用于显式功能函数情形。为此,将高效的统计矩估计方法和可靠度分析的高阶矩法相结合,提出了一种岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法。首先,通过引入变量的独立化变换和线性变换将功能函数转换为参考变量的函数,并结合多变量函数的单变量降维近似方法和参考变量计算节点与权系数的确定方法,建立了功能函数前四阶矩的高效点估计法。然后,将上述统计矩与立方正态变换假设相结合,提出了易于实现的岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法。最后,由数学算例验证了统计矩估计方法的效率和精度,并通过经典的岩土工程算例验证了建议的改进四阶矩方法具有高效率、高精度且操作简单等特点。     

基于现场试验的岩体变形模量尺寸效应研究

岩体力学参数具有随机性和不确定性,合理确定岩体力学参数是岩土工程稳定性分析的基础和关键。以某水电站前期研究的110个钻孔弹模测试数据为研究样本,对其进行了统计特征分析,确定变形模量的概率分布特征更符合Weibull分布。以钻孔弹模仪承压板尺寸为岩体变形模量研究的样本尺度,岩体由该尺度的岩样叠加而成,建立了不同尺寸的立方体岩体数值分析模型,按照Weibull分布随机给出各岩样的变形模量,在此基础上对不同尺寸的岩体分别进行5 000次单轴压缩试验的数值模拟,得到了不同尺度岩体等效变形模量的变化特征,确定了岩体等效变形模量的REV。基于现场实测岩体变形模量与概率统计理论相结合研究岩体变形模量是一个新的尝试,可为该水电站工程岩体力学参数的合理取值提供依据。     

基于贝叶斯理论的灌注桩多个缺陷统计特性分析

由于施工技术水平、岩土工程条件等不确定性因素的影响,基桩中经常出现各种缺陷。为此,提出了基于贝叶斯理论的灌注桩多个缺陷统计特性的分析方法。在考虑钻芯法检测不确定性的基础上,采用泊松分布模型模拟基桩中多个缺陷的出现概率,推导了缺陷平均出现率后验分布的计算公式。提出了估计缺陷尺寸修正的贝叶斯抽样方法,给出了评价钻芯法检测概率的方法。算例分析表明,钻芯法的检测概率对准确地估计缺陷平均出现率有明显的影响,如果不考虑检测不确定性因素的影响,缺陷平均出现率将被低估。随着检测到缺陷数目的增加,更新的缺陷平均出现率的均值逐渐增加,更新的变异系数逐渐减小。此外,先验的信息能够有效地减小缺陷平均出现率和缺陷尺寸估计的不确定性。     

基于概率统计的可拓学分析方法在边坡岩体质量分级中的应用

在可拓学理论基础上添加了统计学思想,形成了一种基于概率统计的可拓学分析方法。以延边州和龙市红旗河引水工程项目为例,通过Matlab软件,采用蒙特卡洛模拟,将每个对象对应的因素值进行模拟,产生出服从一定分布的随机待评物元;再利用岩体边坡稳定性等级和影响因子,构造出经典域和节域物元,借助物元和可拓中的关联函数,建立起分析对象隶属于不同类别的概率值。利用此概率值,确定边坡岩体质量分级,并提出对工程设计和建设中的支护建议。对象2的最大概率值所属的类别为Ⅱ类,但对象2属于Ⅲ类的概率值为27%,由于工程采样存在的随机性,将对象2划分为Ⅲ类可以确保其安全性。     

基于转移概率地质统计的淮南顾桥矿区松散层含水介质刻画

含水介质的空间分布及其非均质性对地下水流和溶质运移有着重要的影响。以淮南顾桥矿区作为研究对象,为了刻画矿区松散层含水介质的空间分布,使用转移概率地质统计方法建立含水介质的随机模型,对矿区水文地质结构的空间连续性和空间变异性进行表征;并将随机模拟得到的顾桥矿区含水介质剖面图与矿区原始水文地质剖面进行对比。结果表明,基于转移概率地质统计模拟方法可以比较准确地刻画矿区的水文地质结构;模拟剖面与原始水文地质剖面的比较显示模拟结果与实际含水介质空间分布情况有较好的一致性,转移概率地质统计方法在对含水介质非均质性刻画中具有较好的适用性。     

基于正态云模型的浏阳市永和镇岩溶塌陷易发性研究

在对浏阳市永和镇既有岩溶塌陷进行详细勘查的基础上,选取了岩溶发育程度（钻孔溶蚀率）、与区内断层的距离、上覆土层厚度、岩溶水特征、与人工抽水漏斗中心的距离以及地面塌陷现状（地面塌陷密度）等6个岩溶塌陷易发性评价因子,提出了赋值条件及赋值范围,并根据既有塌陷的评价因子评分状况,采用熵值法获取了评价因子的权重,基于正态云模型对研究区岩溶塌陷灾害的易发性进行了评价。正态云模型评价结果中既有岩溶塌陷均分布在岩溶塌陷高易发区,而层次分析法评价结果中3个既有塌陷分布在岩溶塌陷中易发区,说明正态云模型在处理类似岩溶塌陷易发性评价等模糊性及随机性问题时比层次分析法更精准。     

统计岩体力学(SMRM)——岩体工程地质力学的传承与发展

本文是中国地质学会工程地质专业委员会和中国科学院页岩气与地质工程重点实验室第五届谷德振讲座主讲报告。本文简要回顾了谷德振先生岩体工程地质力学的核心价值和历史贡献,系统介绍了30年来统计岩体力学理论和应用技术探索对岩体工程地质力学的传承和发展。统计岩体力学借鉴经典统计物理学的思想方法,提出了岩体结构几何概率模型、断续介质连续等效的断裂力学能量原理、岩体结构-应力协同控制原理、岩体强度的弱环控制原理、断续裂隙网络渗流力学原理;建立了裂隙岩体本构模型、岩体全过程变形分析方法、高储能岩体特性与岩爆机理模型、圆形硐室围岩弹性变形解析解;发展了岩体数据现场采集技术与装备、全空间方向岩体结构参数、力学参数、渗透系数计算方法,以及各向异性岩体质量分级、工程岩体主动加固方法;开发了岩体工程参数计算系统和数值分析工具JointModel。统计岩体力学的建立对岩体工程地质力学和岩体力学理论与技术进步起到了重要的推进作用。     

基于显式统计原理的地质灾害区域预警方法初步研究

区域预警是提高防灾减灾意识、有效减轻地质灾害造成损失的重要手段。地质灾害显式统计预警理论考虑了地质环境变化与降雨参数等多因素的耦合作用,克服了传统单一临界雨量判据方法的局限。笔者应用地质灾害显式统计预警的基本原理,以中国的东南区为例开展应用研究。选取岩土体类型、地形起伏等12个基础地质环境因素.通过确定性系数模型(CF)综合分析了地质灾害分布与地质环境基础因素的关系.选取地质灾害"潜势度"作为地质环境优劣的指标,并进行了定量计算。选取当日雨量和一个降雨过程的前期累计雨量作为降雨激发因素的指标.采用多元回归的统计分析方法,分析了地质环境因素、降雨激发因素的耦合作用与地质灾害发育情况之间的关系.建立了显式统计的地质灾害预警预报模型。以2006年5月18日台风"珍珠"登陆期间的实况预警情况对模型进行了应用校验。验证了显式统计预警原理及模型方法的可行性和实用性。     

基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究

借助损伤力学思想,基于统计强度理论,提出一种适用于深部工程破裂区破裂岩体的本构模型建立方法,并通过室内试验和数值试验进行了验证。将破裂岩体划分为无数微元立方体,微元立方体的强度与岩石破裂程度有关,且各立方体强度随机分布,故可用强度反映破裂岩体的破裂程度,据此提出一种破裂岩体本构模型建立方法。其中,根据岩石破裂面间的摩擦力做功等于材料破裂后释放的应变能,得到从力学角度定义的岩石破裂程度变量;另外,假定微元立方体强度分布服从Weibull分布,应力水平满足Hoek-Brown准则。利用泥质砂岩破裂岩体典型三轴试验结果,建立泥质砂岩破裂岩体本构模型,并进行了验证,结果表明模型计算曲线与试验曲线吻合度较好。利用离散元软件PFC进行了补充数值试验验证研究,证明了泥质砂岩破裂岩体理论模型的良好计算效果,进而证明提出的本构模型建立方法的可行性。     

基于多案例统计的基坑开挖引起侧方既有隧道变形预测公式及其工程应用

收集42个基坑开挖对侧方既有隧道影响的工程案例,统计每个案例中典型地层条件、基坑和隧道规模尺寸、相对位置、结构变形及控制措施等;分析重要因素对隧道竖向和水平位移的影响,明确了隧道发生隆、沉的判别条件,给出了坑外隧道竖向位移分区;提出了隧道水平位移综合预测指标,给出了3种地层条件下隧道水平位移经验预测公式。依托某实际工程,利用得到的预测公式对侧方隧道变形进行施工前预测,并把预测结果与现场实测结果进行对比,验证了预测公式的合理性。结果表明：侧方隧道受基坑开挖影响,水平位移均指向坑内,而竖向位移为沉降或隆起,具体与隧道拱顶埋深H_t和隧道距基坑水平距离L_t有关,统计得知隧道发生隆、沉的临界拱顶埋深为H_e+R,H_e为基坑开挖深度,R为隧道直径,拱腰距基坑临界水平距离为L_t=H_e,进而结合侧方隧道竖向位移分布特征,可将坑外范围划分为沉降区、过渡区和隆起区。基坑围护结构水平位移δ_hm、基坑开挖深度H_e、隧道与基坑水平间距L     

钻探取样与平洞取样试验成果资料的差异分析

目前，在工程实践中对原状土样的采取多通过开挖竖井及平洞的方法进行，但在埋深较大的情况下，由于开挖竖井及平洞较为困难，多采取钻探取样的方法。但对钻孔样与原状样试验结果的差异性研究目前还比较少，本文通过对引黄总干线7#洞出口段土洞段钻探取样与平洞取样(原状样)土工试验成果资料的对比，并对各种物理力学指标存在的差异进行分析，从而提出钻探取样方法对土样的压密性与土体的密实性的关系，进一步提出钻探取样方法在工程实践中特定条件下的实用性。