基于GeoSMA-3D的岩质边坡异形滑动面搜索方法

针对岩体结构面发育特征的不确定性,提出一种岩质边坡异形滑动面搜索方法 .以Ⅲ,Ⅳ结构面岩体为研究对象,结合GeoSMA-3D(geotechnical structure and model analysis-3D)程序中块体切割和关键块体判别模块,将滑坡体设定为几何多面体.岩体的内部块体组合形成多面体,以多面体的表面表征滑动面.引入层次分析法,建立滑动面准定量化评价准则.以小盘岭边坡为例,将异形滑动面判定准则导入GeoSMA-3D程序中,研究表明边坡存在6个关键块体,组合滑动面有3个,潜在滑动面安全系数为1.046,滑动面几何形态与实际边坡拟合度高达95%,验证了岩质边坡滑动面搜索方法的合理性.

不同活化方式下硅质铁尾矿的粉磨特性与胶凝活性

机械活化是提高尾矿活性的常用方法,将化学活化剂加入粉磨体系中的机械-化学活化方式是更为有效的手段.使用5种活化剂,采用了单掺和复配的方式对硅质铁尾矿(iron ore tailings,IOTs)粉磨特性及早期胶凝活性的影响进行对比分析.通过机械活化、机械-化学活化2种方式制备铁尾矿粉,测定2种活化方式磨细后IOTs的粉磨特性——比表面积、颗粒粒径分布(PSD)及3,7,28 d胶凝活性,利用XRD和SEM分析水化产物.结果表明:在相同的粉磨时间内,各活化剂的加入均能提高IOTs比表面积,粉磨90 min时添加复合活化剂的机械-化学活化与机械活化相比最多提高30.43%;活化剂的加入提高IOTs粉磨效率使PSD区间更窄;水化早期胶凝体系的强度提高主要是活化剂可促进钙矾石形成,后期强度提高是因为尾矿活性提高.本研究对硅质铁尾矿的高效利用具有重要意义.

基于t-SNE的多参数岩体结构面分步聚类方法

结构面聚类是进行岩体稳定性评价的重要步骤。常用聚类方法多以产状作为分组依据,忽略了结构面物理特性指标对岩体稳定性的影响。针对分组依据单一化的不足,综合考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、填充状态和粗糙度的影响,提出一种基于学生分布随机邻近嵌入(student-distributed stochastic neighbor embedding,简称t-SNE)的多参数岩体结构面分步聚类方法。首先,利用t-SNE算法对除产状外的结构面特征进行数据降维;进而利用模拟退火算法搜索K-means算法的全局最优初始值,并采用分步聚类思想完成聚类。研究表明:所提方法有效地解决了高维空间样本稀疏的问题,同时保留了数据的局部结构与全局结构。新方法相比于传统方法能对空间分布相似区内结构面的物理特性进行精确划分,分组精度更高,且在避免复杂权重值计算的条件下,能有效区分产状与物理特性参数对岩体稳定性的影响差异。最后,将所提方法应用于中国新疆某露天矿坡结构面实测数据分析中,所得分组结果合理可靠,进一步证明该方法在实际工程中的有效性。研究方法可为多参数岩体结构面的分步聚类提供参考。

结构面抗剪强度各向异性研究中试样获取方法有效性分析

结构面抗剪强度的各向异性特征对工程岩体的力学性质、变形特性和稳定性分析都具有重要意义。结构面试样获取方法对抗剪强度各向异性特征的研究具有重要影响。为了对比不同试样获取方法在结构面抗剪强度各向异性研究中的有效性,分别对直接截取的圆形、方形和旋转截取的方形试样进行抗剪强度各向异性特征的对比分析。选取1 m×1 m的天然板岩结构面作为研究对象,采用三维激光扫描法获取结构面三维形貌特征,截取研究位置处圆形、方形和旋转方形试样进行对比评价。研究表明:直接截取的方形试样沿不同剪切方向产生的剪切面积不同,选用圆形试样更能反映结构面抗剪强度的各向异性特征;旋转方形与圆形试样的抗剪强度统计误差小于直接截取的方形与圆形试样的统计误差值,且旋转方形与等面积圆试样的抗剪强度各向异性特征最接近,两者统计误差最小、相似度最大,大于0.9987,当圆形试样不具备实验条件时,可选用旋转截取的等面积方形试样进行结构面抗剪强度的各向异性研究。该研究可为选取结构面试样获取方法提供参考和借鉴,为准确开展抗剪强度各向异性研究提供依据。

基于多约束DSI算法的GeoSMA-3D程序改进

针对传统边坡体建模精确度不高的问题,引入多约束离散平滑插值(discrete smooth interpolation,DSI)算法,通过改进团队自主研发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,获得多约束DSI拟合建模新模块.利用原始钻孔和物探数据辅以离散结构面信息对边坡整体进行插值,通过互异的约束条件对不同特征的地质对象进行标定,进而采用改进的修正函数对边坡体进行拟合建模,通过高精度的三维边坡体模型获取结构面信息并进行聚类分组.结果表明:该方法提高了离散介质岩体分析的准确性,具有较好的理论意义及工程应用价值.

结构面粗糙度统计测量最小样本数确定方法

由于结构面粗糙度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应等特征,结构面粗糙度系数(JRC)取值具有不确定性,工程中广泛采用统计方法来分析结构面粗糙度性质,然而以往研究往往忽略样本数不足对统计结果的影响。针对结构面粗糙度统计测量时无法确定合理样本数的问题,分别提出基于变异系数级比分析及简单随机抽样原理的最小样本数确定方法。以实际工程岩体结构面表面数据为研究对象,对比分析两种方法在系列尺寸下确定的统计测量最小样本数。实例分析表明:小尺寸样本的变异系数(CV)值明显大于大尺寸样本,且CV值随取样尺寸的增大而减小,取样尺寸为10~50cm的CV值基本稳定在0.31~0.47之间,取样尺寸为60~100cm的CV值基本稳定在0.21~0.31之间;最小样本数与取样尺寸基本满足幂函数关系,且最小样本数随取样尺寸的增大而减少;系列尺寸下级比分析方法在允许误差为±2%时确定的最小样本数与简单随机抽样原理在最大允许误差为10%、置信度为95%时计算的最小样本数是一致的,相似度大于0.997。该研究方法可为工程岩体中定量获取结构面粗糙度统计测量最小样本数提供依据,保证了JRC(结构面粗糙度系数)统计测量结果的准确性,对工程岩体稳定性评价中结构面力学参数的准确获取具有重要意义。

基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法研究

对赋存于岩体内的结构面进行统计分析、分组聚类,是进行岩体工程稳定性分析的基础。考虑到结构面的力学和水力学性质受产状、迹长、张开度、粗糙度和充填状态等诸多因素共同影响,提出一种基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法。首先,利用主成分分析法选取多参数岩体结构面优势分组的判据,并计算其参与相似性度量的权重值。进而,基于退火遗传算法搜寻模糊C均值聚类算法的全局最优初始聚类中心。最后,以待分组结构面与聚类中心的距离加权和最小的方式建立目标函数,实现多参数岩体结构面优势分组。对计算机模拟的200个结构面进行多参数优势分组并与其他方法对比,计算结果表明,该方法具有较高的分组精度。将该方法用于重庆市三环高速花阳隧道实测结构面多参数优势分组中,分组结果合理、可靠,进一步验证了该方法具有较好的工程应用价值。

引入因子分析的结构面粗糙度RBF复合参数模型

结构面粗糙度的表征是预测峰值剪切强度的基础性工作,单一参数无法全面反映结构面的形貌特征,而由各表征参数并列构成的指标系统是一个存在信息重叠的非线性系统,为此引入因子分析通过正向标准化实现参数降维可有效剥离交叉信息,同时将正向标准化的指标系统通过RBF神经网络结构实现非线性参数的线性映射,实际运行过程中选取6个反映结构面粗糙度的统计参数并建立JRC反算关系,构建76组训练样本和37组测试样本,建立了一个反映结构面形貌起伏高、起伏角、接触度的多指标复合参数模型,同时固定隐含层神经元的数目从而提高运算速度,通过实测数据计算相对误差和决定系数进行性能评价。利用样本数据和岩石结构面直剪实验验证了模型的预测精度。最后讨论了因子分析的适用性和可能的误差分析。

基于中智区间函数的岩体边坡稳定性研究

针对边坡稳定性评价中结构面参数离散性和不确定性问题,提出了基于中智区间函数的岩体边坡稳定性评价方法.首先通过对岩石节理粗糙度系数JRC进行非线性拟合,得到尺寸效应条件下结构面粗糙度系数的中智区间函数表达,继而推导出结构面抗剪强度中智区间函数表达,最后得到边坡稳定系数区间的表达.通过对一工程实例的稳定性评价表明,本文提出的方法可对岩体工程边坡稳定性分析提供参考和借鉴.

基于Barton-Bandis准则的边坡稳定性极限平衡分析方法

针对传递系数法中抗剪强度参数的取值无法适应潜在滑移面的实际受力情况,本文提出了基于Barton-Bandis准则的边坡稳定性极限平衡分析方法。通过切线等效法将Barton-Bandis准则抗剪强度参数转化为Mohr-Coulomb准则抗剪强度参数,在边坡滑体每一条块采用不同抗剪强度参数的前提下,基于隐式解法实现边坡的稳定性分析,并与传统传递系数法的计算结果对比分析。案例分析表明,基于Barton-Bandis准则的边坡稳定性极限平衡分析方法在边坡稳定性分析时考虑到了岩体结构面所处的实际应力环境,是岩质边坡稳定性分析的有效方法。

下层管线破坏情况下上覆平行管线受力特征研究

刚性埋地管道在发生渐进破坏的过程中必然导致局部管身强度降低,不可避免地导致邻近土体发生位移,破坏土体内部初始应力平衡状态,进而导致上覆平行管线出现管身应力集中、变形过大等现象。然而,目前就下层管线破坏扰动土体平衡,导致上层管线承受不均匀力而发生受力变形等问题尚缺乏深入系统研究。下层管线的埋深、破坏范围、破坏程度以及地面车辆荷载会对上层管线的应力、位移产生潜在影响,开展以PVC-U管道为例的多工况管土相互作用有限元仿真模拟,分析得到上层管线最大应力、位移的变化规律。采用数理统计方法对影响上层管线应力、位移的因素进行敏感性分析,结果表明:影响上层管线最大应力的各因素敏感性由大到小的次序为:地面静止车辆荷载,下层管线的破坏范围、埋深、破坏程度;影响上层管线最大位移的各因素敏感性由大到小的次序为:地面车辆荷载,下层管线的破坏程度、破坏范围、埋深。

裂隙对岩石力学性质的影响原理

岩石断裂力学是断裂力学的分支。在岩石断裂力学中,岩石是由多个裂隙结合的复杂体,不是一个完整的均质体。断裂理论在岩石力学中的应用,能够很好地解释从裂纹萌生到裂隙贯通的全过程,进而揭示岩体的破坏机理。本文从岩石断裂理论及裂隙岩体断裂损伤机理两个方面重点综述了裂隙岩石对岩石力学性质的影响,并进行了理论分析与总结。

基于编网算法的岩体结构面优势产状聚类分析

结构面优势产状的聚类分析是进行岩体工程稳定性评价的基础。传统的结构面聚类分析方法无法清除"噪点"的影响,造成聚类过程及聚类结果的偏差。为了克服传统聚类分析方法的不足,提出一种基于编网算法的岩体结构面优势产状聚类分析方法。将结构面产状进行坐标转换,计算产状样本间的相似程度并构造模糊相似矩阵R;选取置信水平λ后对截矩阵R_λ进行编网,经过同一节点被经纬线连接在一起的样本分为一组,由此实现结构面产状的聚类划分。研究表明:该方法所得优势产状与各方法一致,具有良好的适用性;无需事先指定初始分组数或初始聚类中心,减少了人为干涉的主观性,聚类过程更加可靠;能有效地清除"噪点"数据,使聚类结果更加准确。通过对工程案例的分析表明,编网算法在结构面优势产状的聚类分析中具有有效性和合理性。本研究方法可为工程岩体中快速、准确地获取结构面优势产状提供依据,对工程岩体稳定性评价具有重要意义。