岩体初始地应力场分析方法研究

初始地应力场是影响岩土工程稳定性的重要因素之一,如何合理地模拟初始地应力场一直是岩体力学中的重要研究课题。以国内某大型水利水电工程构筑区域实测空间地应力资料为基础,以边界位移为控制对象,采用有限元（无界元）方法对工程区大范围内的岩体初始地应力场进行了分析和研究。尝试在实际边界上满足无穷远处位移为0的模型边界上引入了无界单元,实测点上的应力拟合结果有较明显的改善,这表明所采用的方法是切实可行和有效的。     

构造应力场边界载荷反演的有限元逆逼近法

构造应力场问题的边界条件、加载方式是地应力场分析的难题,由于构造运动未知和地质构造复杂,无法直接求解。边界力反演是进行构造应力场研究的重要手段。从弹性力学基本方程出发,针对油气储层地应力场反问题,结合对区域构造应力场认识,利用阻尼最小二乘法建立了应力场反演的约束模型,提出了一种用于反演构造应力场边界力的反分析方法,该方法根据部分实测点的应力值进行边界力反演,并与有限元方法和有限差分法相结合,以边界力为参量逼近目标函数。根据研究区少量地应力实测资料采用该方法进行最优化计算,使得计算应力场与实测应力达到最优拟合,以弥补目前的回归反演方法和边界载荷调整法的不足来提高计算精度。算例表明了该方法的有效性,可用于解决构造应力场边界力的反演问题。     

ANSYS三维地应力场数值模拟方法应用研究

初始地应力场由自重应力场和构造应力场叠加而成,是深部地下工程分析必须考虑的重要因素。针对目前常用的三维地应力场数值模拟方法在维持地应力场分布规律和避免附加位移方面存在的缺陷,进行了ANSYS地应力场模拟方法的比较研究。用java语言编写了针对不同ANSYS版本的初始应力文件合并程序,提出了高版本ANSYS初始应力文件合并的EXCEL简易方法,实现了不需编写任何其他程序、对所有类型单元通用的ANSYS初始应力平衡等效节点反力法,构建了一套实用的ANSYS三维地应力场模拟方法流程。     

初始地应力场反演及回归分析方法研究

运用岩体工程地质力学方法和数理统计原理,建立了初始地应力场的三维有限元反演及回归分析模型.该模型克服了边界调整法等一般反分析法的不足,具有很好的实用价值和易操作性,能够方便较为准确地反演区域初始地应力场.     

蒲石河抽水蓄能电站地下厂房三维初始应力场反演分析

采用三维非线性有限元反演回归分析计算方法,提出侧压力系数函数拟合方法,考虑了地质构造,地形地貌以及实测应力对初始应力场的影响。对蒲石河抽水蓄能电站地下厂房区域初始地应力场进行反演回归分析研究,实测点处附近应力分布的局部特性证明反演计算方法是合理的。     

小湾水电站坝址区三维初始地应力场反演回归分析

基于小湾水电站坝址区工程地质地形条件,研究分析了影响工程考察域初始地应力场的基本因素及其空间分布,建立了坝址区三维有限元计算模型和初始地应力场参数空间分布模型;利用大型通用有限元软件MSC.Marc和地应力实测资料,借助最小二乘法原理,以回归精度为目标函数,优化了构造挤压荷载的模拟和作用组合,实现了初始应力场空间分布模型的参数估计。计算结果表明,改进后的方法较传统方法回归精度有了较大提高,能较为合理地模拟小湾坝址区三维初始地应力场。     

罗湖断裂带地应力场数值模拟分析

根据深圳地区地应力的实测资料,通过最优化算法,模拟整个深圳区域的地应力场.将计算结果作为罗湖地区计算区域位移的边界条件,进一步模拟罗湖断裂带的区域地应力场,研究了罗湖断裂带所在区域的地应力场大小、方向、变化规律和断层活动特征,为该区域主要建筑物的地面变形稳定性评价提供参考.     

大岗山水电站坝区初始地应力场反演分析

针对大岗山水电站坝区V型河谷地形地貌特征,根据地应力实测资料及地质构造条件,考虑边坡浅表全风化、强风化地层以及断层破碎带对坝区初始地应力场的影响,建立了坝区初始地应力场三维回归计算分析模型。通过多元回归三维数值计算,求得地应力最优回归系数,较为准确地反演了大岗山坝区的初始地应力场。计算结果表明,大岗山坝区初始地应力场是一个在浅部以构造应力为主、在深部以自重应力为主、由构造应力和自重应力联合组成的中等偏高的地应力场,研究结果为坝区边坡开挖及长期稳定性分析提供了重要依据。     

考虑地应力分布形式的坝址区初始应力场二次反演方法

在建的乌东德水电站区域构造运动强烈,断层、褶皱及节理较为发育,加之河谷纵横、沟谷深切,导致该区域岩体地应力分布极为复杂,非线性特征显著。为准确获取坝址区初始地应力场的分布特征,通过对地应力分布形式进行优化,提出了考虑地应力张量分布特征的岩体应力场二次反演方法。首先,将地应力张量分解成自重应力、构造应力及非线性应力3个部分,同时依据坝址区地形地貌、地质构造及非均匀性岩层等因素,构建FLAC3D计算模型,利用叠加法原理对坝址区初始地应力场进行一次反演。然后,主要考虑坝址区附近小规模构造及局部开挖条件的影响,构建三维离散元（3DEC）精细模型,同时从一次反演中提取精细模型的初始地应力侧压系数和自重修正系数,并利用均匀设计法进行优化,对精细模型进行二次反演。研究结果表明：一次反演计算获得的初始应力场整体上与实际情况吻合较好,但在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造及开挖条件的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值基本一致;通过将大型商业软件FLAC3D和3DEC相结合来反演复杂条件下工程区初始应力场,在一定程度上实现了岩体应力场在大范围内整体连续、小范围内受局部地质构造等影响导致不连续分布的特点。该研究方法可为类似工程提供借鉴。     

地下水封石油洞库初始地应力回归分析

对于地下洞室的稳定性分析,初始地应力的回归分析是十分重要的第一步。现行的初始地应力回归方法如函数法、位移反分析法、边界法等不易操作,且准确度也不高。本文以黄岛地下水封石油洞库为例,根据实测的初始地应力拟合出水平向主应力与竖直向自重应力的关系,在已有自重应力计算结果的基础上,通过坐标变换,将拟合出的水平向主应力转换至模型坐标下的正应力和剪应力,利用FLAC3D的FISH语言,遍历所有单元读入上一步得到的正应力和剪应力,计算至收敛后直接生成初始地应力场。将回归结果与现场实测结果进行对比分析,相对误差在10%以内,取得了较好的效果,此种方法简单且有效。     

大断面管幕法隧道群管顶进的地表位移规律研究

为研究管幕法群管顶进施工过程中地表位移变化规律,依托上海田林路下穿中环隧道工程,对地表位移实测数据进行了详细分析。通过数据处理发现,管幕施工期间变形发展可细分为7个阶段,其中包括4个推进阶段、3个暂停推进阶段。管幕推进阶段的地表位移由地层损失沉降和注浆引起的地表隆起叠加而成;暂停推进阶段的地表沉降主要是固结沉降。运用Peck公式对地表位移进行描述,通过现场数据反分析出各根钢管推进时的沉降槽宽度系数i和地层损失率η。基于分析结果,提出了适用于上海软黏土的i和η 计算公式,其中i的公式只与钢管半径R、钢管埋深h和土体内摩擦角φ 有关,而η的公式表达成随时间的双曲线函数。注浆导致的地表隆起可分解成各根钢管顶进伴随注浆造成的负地层损失。运用上述方法对地表位移进行预测,并与实测结果对比,验证了文中方法的正确性,成果可对类似管幕法工程施工引起的地表位移预测提供科学参考。     

基于敏感性分析的裂隙岩体渗流与应力静态全耦合参数反演

基于求解稳定渗流场与弹性位移场耦合问题的全耦合分析方法,应用提出的混合遗传算法作为优化算法,同时利用水头、位移等多类型量测资料,提出了裂隙岩体渗流与应力静态全耦合的参数反演方法。在目标函数建立中考虑了实测水头对渗流参数的敏感性,在待反演力学未知参数的选取中,依据提出的相对灵敏度概念,考虑了实测位移对力学参数的敏感性。针对某裂隙岸坡算例,研究了水库蓄水过程中位移场对力学参数敏感性,据此实现位移测点的优化布置,并以渗流场与位移场全耦合正分析计算结果作为假想实测值,进行该岩坡的全耦合参数反演分析,从而验证了所提出理论与研制程序的正确性和可行性。     

基于光纤监测和PSO-SVM模型的马家沟滑坡深部位移预测研究

滑坡位移预测效果一方面取决于预测模型的优劣,另一方面取决于野外监测数据的质量。针对目前滑坡常规监测技术与评价方法的不足,本文采用光纤监测技术、监测数据与PSO-SVM预测模型相结合的评价方法,对三峡马家沟Ⅰ号滑坡的深部位移进行了预测;通过对320个滑坡深部位移光纤监测数据分析,基于时间序列法,将滑坡位移分为趋势性位移和波动性位移;趋势性位移采用拟合法进行预测,波动性位移采用PSO-SVM模型进行预测;最后将趋势项和波动项位移预测值叠加得到累积位移的预测值。研究结果表明,PSO-SVM模型对波动性位移预测的均方根误差0.51 mm,平均绝对百分误差0.37 mm,能准确预测滑坡波动项位移;累积位移预测值与实测值的相关系数为0.98,均方根误差为0.54 mm,预测效果较好,可以用来对滑坡深部位移进行短期预测。     

位移时空综合分析法及其在边坡工程中的应用

以往对监测位移数据分析方法主要是位移-时间关系分析。但监测数据包含了大量对工程设计和施工都很有用的信息,其中不乏位移-空间方面的信息;另一方面,从工程设计和施工角度看,除需要位移-时间信息外,还需要位移-空间信息。位移时空综合分析法的提出旨在综合位移-时间和位移-空间等两方面的信息,为工程设计和施工服务。该方法依表现形式不同又分为竖线法和曲面法两种。本文将通过五强溪船闸边坡工程实例,来进一步说明位移时空综合分析法的原理及其应用。     

边坡位移演化的多尺度分析

通过相邻两个时间区间位移观测结果均值差分的积分描述和Harr小波基函数的小波变换方程的对比分析,得到了一个将不同时间尺度下边坡位移均值变化表示为相应尺度下小波变换系数的基本关系。根据这一关系,提出了可以采用小波变换方法确定两个相邻时间区间位移均值在不同时间尺度下变化规律的边坡位移演化的多尺度分析方法。针对卧龙寺新滑坡、三峡永久船闸边坡开挖和隔河岩水电站进水口边坡变形的观测结果,讨论了它们的位移演化多尺度特征。当边坡位移呈现较规则的变化趋势时,在一个尺度上就可以提取它们的时间演化特征。开挖剧烈扰动的影响可以通过给定时间尺度支撑区端点与位移突变点之间递增连的线进行近似。     

基坑围护结构增量计算法的改进

就围护桩（或围护墙）加内支撑这一基坑支护形式而言,基于弹性地基梁理论的增量法是其围护结构内力和变形计算的常用方法。合理计算荷载增量是该方法实施的关键之一。目前,该法的荷载增量主要由土压力增量和挖除土体弹性抗力释放的反力增量两部分组成。根据弹性地基梁和增量法的基本原理,结合基坑施工过程,综合分析得出：荷载增量除上述两部分外,还应包括开挖面以下土体因开挖面下降、水平抗力系数降低而引起的土体弹性抗力部分释放的反力增量;开挖面以下围护桩（或围护墙）任意点的这部分反力增量等于该点在上一工况下的侧向位移与开挖侧土体水平抗力系数的比例系数m和本工况挖除土体厚度的乘积。工程实例理论计算结果和实测结果的对比分析表明,与传统增量法相比,采用改进增量法,围护桩（或围护墙）侧向位移的计算值与实测值更加接近,计算结果更加符合工程实际。     

盾构施工引起土体三维变形的计算方法研究

对随机介质理论中参数? 的取值进行研究,提出了适用于不同土层的参数计算公式;隧道周围土体移动采用更加符合实际的椭圆形非等量径向移动模式。在此基础上,对随机介质理论进行修正,提出了适用于地表及土体内部各点位移和变形的计算公式。结合工程实例,通过与实测值、施成华等方法及Loganathan等方法计算结果进行对比分析表明,方法计算得到的结果与实测数据较吻合。     

基于遗传－广义回归神经元算法的坞石隧道三维弹塑性位移反分析研究

广义回归神经元网络在逼近能力、学习速度和网络稳定性方面均优于BP神经元网络,且具有网络人为调节参数少的优点。本文将广义回归神经元网络引入坞石隧道工程的三维弹塑性位移反分析。为了在网络训练过程中快速搜索到最优的网络阈值,采用十进制遗传算法对网络阈值进行优化。在确定最优的网络结构后,采用遗传算法在每个待反演参数的搜索范围内搜索出与实测位移最接近的围岩力学与初始应力场参数组合。用反分析得来的参数进行下步开挖位移预测,预测值与实测值吻合较好,表明所提出的这种反分析方法在工程上是可行的,可以推广使用。     

基于决策树模型的抗滑桩破坏概率

本文以抗滑桩桩顶位移变形和滑坡地表变形为研究目标,采用决策树模型分别构成抗滑桩桩顶设计位移量、实测位移量、滑坡地表破坏概率的三个决策方案枝,以及抗滑桩破坏概率分析决策终结点的决策树概率分析模型。从而建立了一种分析抗滑桩可靠性的判断方法。该方法的特点是将桩顶位移变形特点与滑坡地表宏观变形现象相结合,对抗滑桩的可靠性作出综合判断,其结果更具合理性。     

基于Melan解的地下连续墙结构分析方法

针对深基坑支护的多支撑地下连续墙结构,考虑分步开挖和支撑对墙体的内力和位移以及支撑反力的影响,提出以弹性地基梁为基础的矩阵位移法。在求解矩阵位移法的过程中,确定土体的水平基床系数成为分析地下连续墙变形和内力的关键。Melan给出半无限大弹性空间内部线性荷载作用下的应力和位移解,在Melan解的基础上,通过对其应力解进行积分处理,并结合平面应变问题的物理方程和几何方程,得到条形荷载作用下的位移解,进而得到水平基床系数。将Melan解的矩阵位移法运用到工程实例中,并将实测结果与计算结果进行比较,验证了其可行性和正确性,可为同类工程结构设计提供理论基础。