大样本岩土参数概率分布的正态信息扩散推断

在重要的岩土工程中,确定大样本岩土参数的概率分布对岩土工程稳定性和可靠性分析有着极其重要的意义。为此,基于积分均方误差最小计算得到的最优窗宽,提出了推断大样本岩土参数概率密度函数的正态信息扩散法。该方法基于信息扩散原理,从试验样本和信息论的角度出发,充分利用样本提供的数据信息,而不是先假定成经典的概率分布曲线拟合检验,数学意义和物理意义更加充分和严密。以推断压缩指数Cc的概率密度函数为例,分析了窗宽对信息扩散估计结果的影响规律,说明了该方法在大样本岩土参数概率密度函数推断方面的合理性。用该方法推断了大样本岩土抗剪强度参数的概率密度函数,通过K-S检验,验证了该方法的正确性和实用性。     

基于自适应贝叶斯更新方法的岩土参数概率分布推断

合理推断岩土参数概率模型是岩土工程可靠度分析与风险评估的重要一步,目前大多基于现场或室内试验数据推断岩土参数概率分布。提出了岩土力学参数概率分布推断的自适应贝叶斯更新方法,建立了定量的子集模拟计算终止条件,构建了岩土参数概率分布推断及可靠度分析框架,并给出了计算流程。以台湾3号高速公路滑坡及不排水饱和黏土边坡为例验证了提出方法的有效性,并探讨了子集模拟每层样本数目对岩土参数概率分布推断的影响。结果表明:与最大似然和马尔可夫链蒙特卡洛方法相比,提出的方法计算效率高,编程较为简便,可为解决低接受概率水平岩土参数概率分布推断问题提供一个有效的工具。子集模拟每层随机样本数目对概率分布推断具有一定的影响,随着样本数目的增加,岩土参数后验统计特征和子集模拟阈值均逐渐收敛。此外,可根据互补累积分布函数随子集模拟阈值的变化关系来验证所建立的定量的子集模拟计算终止条件的合理性。     

四川盐源县马思罗沟地球化学异常特征

根据化探分析数据结果和以往的工作成果、地质特征,分别对马思罗沟地球化学场特征、主成矿单元素异常特征、综合异常特征研究分析,从而推断解释综合异常(Hs-2)对成矿的有利性。确定该地区元素异常分布受构造的影响,确定该地区具有找金矿的潜力。     

先验概率分布及似然函数模型的选择对边坡可靠度评价影响的定量评估

受工程勘察成本及试验场地限制,可获得的试验数据通常有限,基于有限的试验数据难以准确估计岩土参数统计特征和边坡可靠度。贝叶斯方法可以融合有限的场地信息降低对岩土参数不确定性的估计进而提高边坡可靠度水平。但是,目前的贝叶斯更新研究大多假定参数先验概率分布为正态、对数正态和均匀分布,似然函数为多维正态分布,这种做法的合理性有待进一步验证。总结了岩土工程贝叶斯分析常用的参数先验概率分布及似然函数模型,以一个不排水黏土边坡为例,采用自适应贝叶斯更新方法系统探讨了参数先验概率分布和似然函数对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新的影响。计算结果表明：参数先验概率分布对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新均有一定的影响,选用对数正态和极值I型分布作为先验概率分布推断的参数后验概率分布离散性较小。选用Beta分布和极值I型分布获得的边坡可靠度计算结果分别偏于保守和危险,选用对数正态分布获得的边坡可靠度计算结果居中。相比之下,似然函数的影响更加显著。与其他类型似然函数相比,由多维联合正态分布构建的似然函数可在降低对岩土参数不确定性估计的同时,获得与场地信息更为吻合的计算结果。另外,构建似然函数时不同位置处测量误差之间的自相关性对边坡后验失效概率也具有一定的影响。     

基于K-L信息距离的多源信息融合法

为解决小子样条件下岩土参数概率分布推断的难题,并克服基于专家信息的融合法不可避免地带有主观随意性的弊端,引入信息论中K-L信息距离的概念,基于先验信息可信度,提出一种新的多源信息融合方法。利用K-L信息距离作为参数分布之间距离的度量,定义先验分布差异率,确定融合权重,进而根据Bayes原理得到后验分布,优化岩土参数分布概型。工程实例分析结果表明,该法计算简单,且克服了推断过程中的主观随意性。计算结果显示该法所得融合分布的方差比已有成果所得方差偏小,说明该法可实现统计意义上的参数概型优化,为岩土参数设计值的合理选取提供了参考。     

新疆恰瓦克南超基性岩体剩磁异常研究

为解译超基性岩体引起的强负磁异常,对异常识别综合采用了柯尼希斯贝格比、磁异常的平面特征、地磁场的短周期微扰、磁异常剖面正演拟合四种方法,结合定向标本的磁参数,分别从定性和定量两个方面对强负磁异常进行了判识,推断强负磁异常是具有剩余磁化场特征的超基性岩体引起。该推断与钻探验证结果一致,避免了盲目实施钻探工程。     

中国东部浅水湖泊参照状态确定的非参数方法

根据中国东部浅水湖泊受人类活动影响较严重的情况,将季节分解的非参数局部线性回归模型、频率分析和几何分块自助法有机结合,提出了一种基于非参数方法的湖泊参照状态确定的新方法。该方法首先将季节分解模型用于湖泊营养盐及其响应物的观测值,选取出适合用于推断参照状态的时间段;其次使用频率分析法分析此时间段内的观测值,并给出湖泊总氮、总磷和叶绿素a的参照状态值;最后用几何分块自助法给出各自的置信区间。该方法能有效克服前人提出方法的缺点。以太湖为例,采用该方法推断了参照状态浓度,总氮为0.78mg/L,总磷为0.030mg/L,叶绿素a为2.63μg/L;给出相应的95%置信区间分别为0.57~0.83mg/L、0.025~0.046mg/L和1.86~2.65μg/L。该方法也可适用受人类活动影响较大的中国东部其他浅水湖泊。     

岩土力学数值模拟中力学参数的确定方法

力学参数的选取是进行岩土力学数值模拟的关键，它直接决定了模拟结果的合理性。不同的力学模型需要选取不同的计算参数，经验值在参数的确定过程中具有一定程度的参考价值，几种变形参数和强度参数的现场尺度转化方法解决了室内土工实验参数的现场应用问题，提出了进行力学参数和计算模型合理确定的推断模型的概念，并对推断模型实现的思想和步骤进行了较为详细的讨论。     

青海省西确涌地区地球化学特征

基于西确涌地区1∶5万地球化学普查和1∶1万土壤剖面成果、地质特征,分别对西确涌地区地球化学特征、元素共生组合关系、综合异常特征进行研究分析,从而推断解释AP-1、AP-2、AP-3、AP-4为矿致异常,再通过异常查证,圈定出多条矿体。最终确定该地区元素异常分布主要受喷流沉积岩和构造共同控制,确定该地区具有寻找Pb、Zn、Au、Ag等多金属矿的潜力。     

融合多源信息的降雨入渗边坡概率反分析及可靠度预测

概率反分析是推断不确定土体参数统计特征的重要手段,可以使边坡可靠度评估更接近工程实际。然而目前的概率反分析很少使用多源信息（包括监测数据、观测信息和边坡服役记录）,因为这通常涉及数千个随机变量和高维似然函数的评估。因此融合多源信息对空间变异土体参数进行概率反分析进而预测降雨条件下的边坡可靠度是一项具有挑战性的难题。文章将改进的基于子集模拟的贝叶斯更新（mBUS）方法与自适应条件抽样（aCS）算法相结合,构建了空间变异土体参数概率反分析和边坡可靠度预测的框架,并以某一公路边坡为例验证了该框架的有效性。研究结果表明：通过融合多源信息所获得的土体参数后验统计特征与现场观测结果基本吻合;用更新后的土体参数预测得到2004年9月12日该边坡在暴雨工况下的失效概率为23.1%,符合实际边坡失稳情况,说明在此框架下可以充分利用多源信息解决高维概率反分析问题。     

高填石路堤蠕变本构模型及其参数反演分析与应用

结合高填石路堤工后沉降变形机理与工程特点，基于工程实测数据，提出了高填石路堤工后沉降蠕变变形的双曲线型三参数本构模型，并引进遗传算法与有限元分析理论，建立了该模型参数的反演分析方法。在此基础上，利用蠕变有限元分析手段，深入探讨了高填石路堤工后沉降的分析计算方法，并开发了相应的分析计算软件。结合某高填石路堤工程实践，探讨了高填石路堤双曲线三参数蠕变本构模型和高填石路堤工后沉降计算的应用方法。工程实例分析表明，提出的本构模型及其工后沉降计算方法简单，可以满足工程要求，初步建立了一种新的高填石路堤工后沉降计算方法。     

基于改进遗传算法的粘弹性岩体力学参数反演

把模式搜索嵌入目前广为应用的遗传算法中,使之和神经网络有机结合,提出了搜索—遗传—神经网络算法。该方法用经过最佳预测学习算法训练的神经网络来表达粘弹性岩体力学参数和位移之间的映射关系,除具有一般遗传算法的优点外,还提高了参数反演的精度,节省了参数反演的计算时间。结合某工程实例,验证了该方法在粘弹性岩体力学参数反演中的优越性。      

破碎岩体压实特性的三维离散元数值计算方法研究

研究破碎岩体的压实特性是矿井地下工程的基础工作之一,由于破碎岩体所处环境的隐蔽性与危险性,常采用实验室测试和数值计算的研究方法。提出了一种三维破碎岩体模型构建方法,即在3D Voronoi建立完整岩体数值模型的基础上,通过预定孔隙率,随机删除完整岩体中的块体反演破碎岩体结构,测定破碎岩体的压实特性。该方法可较真实地反映破碎岩体的块度特征、碎胀特性与压实特性,与现有研究方法有较高的吻合度,为矿山地下工程的安全控制提供了新的有效的研究方法。     

煤矿巷道锚杆支护的参数优化

目前煤矿巷道锚杆支护设计尚存在不足,造成锚杆锚固能力未能充分发挥,支护材料浪费和支护成本偏高。基于围岩与锚杆共同作用原理,通过锚杆受力监测,对锚杆支护参数进行设计,有助于充分发挥锚杆支护的优越性。针对陕西某煤矿巷道条件,通过计算和锚杆受力监测,调整锚杆参数的方法,进行锚杆支护参数设计,实现锚杆支护的参数优化。应用结果表明利用这一方法能够准确、快速地得到锚杆的支护参数,充分发挥了支护锚杆的承载能力,实现了支护优化。本文工作对改进煤矿巷道支护设计具有一定的实际意义和工程价值。     

基于强度参数演化行为的岩石峰后应力-应变关系研究

基于岩石材料峰后强度参数的演化行为,结合强度准则,提出了建立峰后应力-应变关系的一般方法。在此基础上,基于摩尔-库仑强度准则,以最大主应变 作为应变软化参数,假设黏聚力 ,内摩擦角 为主应变 的分段线性函数条件下,给出了岩石材料的峰后应力-应变关系式的求法。在数值算例中,利用提出的方法,给出了大理岩在不同围压下的应力-应变曲线,算例显示,利用这一方法求得的峰后应力-应变关系曲线变化趋势与试验数据基本一致,表明该方法在研究峰后应力-应变关系上具有一定的合理性。     

连续屈服节理模型对剪切地震波传播的影响

地震波在跨越岩体中节理时的透反射特性是岩石地下工程抗震分析问题中的重要基础,目前开展的研究工作中尚未有针对连续屈服（CY）非线性节理模型透反射特性的研究报导。在前人提出的非线性节理透反射系数时域递归法解答的基础上,将这一方法拓展至CY模型。并采用3DEC离散元软件,对比了CY模型的时域递归解与数值模拟结果的差异。在此基础上以时域递归解为手段,辅以离散元数值模拟,开展了CY模型的参数影响研究。最终比较了库仑（MC）模型与CY模型在正弦脉冲激励和真实地震动激励下表现的差异。结果表明：CY模型的时域递归解与3DEC数值模拟结果显示了良好的一致性,证明了时域递归解用以进行后续参数研究的合理性。法向应力、入射波幅值、节理初始刚度、节理间距等参数对CY模型具有显著影响。相比库仑模型,连续屈服模型可以更好地反映地震波穿越节理时发生的复杂力学现象,如切向刚度退化、抗剪强度劣化、法向应力依赖性、滞回现象等。研究成果可为岩石地下工程的抗震设计与分析工作提供一定参考。     

基于反演法的牵引式滑坡治理设计及施工

国道213线K193＋060～190滑坡系由公路路堑开挖引起的牵引式滑坡。由于滑坡已经滑动,用勘探提供的滑动面力学参数计算的滑坡推力与实际滑坡状态不符。为此,设计滑动面力学参数时应由滑动后清方减载前的坡体极限平衡法确定,即反算法。同时介绍了主要工程治理措施及施工技术。     

参数变异性对围护结构稳定性影响分析

利用可靠度分析方法代替传统的安全系数法来分析基坑围护结构的整体稳定性,考虑岩土参数的不确定性和空间变异性,对土性参数进行空间折减可显著提高可靠度分析的精度。结合工程实例,分析了参数均值和变异系数对基坑整体稳定性可靠度指标的影响。分析表明,可靠度指标β对土体黏聚力c、内摩擦角φ、地面超载q及支护桩嵌固深度hd的均值变化的敏感性较安全系数K对上述参数的敏感性强;c、φ及hd值的变异性对β值影响较大,地面超载较大时,其变异性对β影响较为显著;采用可靠度指标β评价基坑整体稳定性较安全系数K更加合理。     

地下工程围岩位移反分析的改进模拟退火算法

本文针对地下工程围岩位移反分析问题的目标函数存在多个局部极值的特点，在对模拟退火算法进程中控制参数，即初始温度、每一温度下的状态选取次数和退火策略的确定方法加以改进的基础上．引进有限元分析手段和自适应的思想，建立了基于改进模拟退火算法的位移反分析方法，并开发了相应的分析程序。工程实践分析表明：本文理论计算结果与实测结果吻合良好，该方法较一般模拟退火算法具有明显的优越性。     

邓肯-张E-B模型参数对软土路堤沉降计算结果的影响

有限单元法是计算路堤沉降常见的数值计算方法,其土体模型参数的准确性是计算结果可靠性高的保证。邓肯-张E-B模型是岩土工程分析计算中常用的一种非线性弹性模型。本文针对模型参数敏感性进行大量非线性有限元计算,得到了各参数与路堤沉降和侧向位移之间的关系,确定了该模型中影响软基路堤沉降和侧向变形的主要参数。