锦屏一级水电站左岸岩质边坡预警判据初探

以边坡岩土体蠕变理论为基础,结合锦屏一级水电站边坡安全监测情况,重点分析边坡变形时效特性,将边坡变形以至于形成滑坡灾害的发展过程划为4个阶段:(1)变形启动阶段;(2)均匀蠕滑阶段;(3)变形快速发展阶段;(4)破坏趋势阶段。根据室内岩石三轴压缩蠕变试验结果,得到的岩石进入加速流变阶段的流变速率极限值为:加速初期变形速率为1.0～2.5mm/d,加速后期2.5～5.0mm/d,破坏阶段为大于5.0mm/d。目前该边坡岩体内部和外观测点的变形速率维持在0.05mm/d左右,有小幅波动,边坡处于均匀蠕滑阶段。结合岩石实验和具体监测情况,拟定了边坡变形速率阀值。在综合分析国内外引起滑坡的降雨强度临界值和坝址区的水文地质和工程地质条件的基础上,拟定降雨强度预警等级。根据边坡安全监测的具体情况,制定边坡进入加速变形-破坏阶段的综合预警判据,为锦屏一级水电站边坡施工期及运行期的安全预警提供了依据。

基于改进指数平滑法的岩体边坡变形预测

结合VisualBasic.NET编程技术提出了二次和三次指数平滑预测模型参数α的优化改进方法,建立了参数最优的二次和三次指数平滑法预测模型.基于锦屏一级水电站左岸高边坡工程部分监测数据,应用指数平滑法基本原理建立二次指数平滑法和三次指数平滑法预测模型,并应用该模型对左岸高边坡某工程部位监测位移等变形物理量进行预测预报分析,结果表明,改进的预测模型预测结果准确有效,与后期实际监测位移比较误差较小.

基于修正GM(1,1)模型的岩体边坡预测分析

岩体边坡是一个复杂的未知系统,灰色系统理论能较好地阐释其中某些规律.岩体边坡的监测和应力变形预测分析是一项意义重大的工作.针对强随机性的边坡监测时间序列,提出了考虑斜率修正的灰色GM(1,1)预测模型,提高了灰色模型的建模精度.同时,将该模型应用于锦屏一级水电站左岸高边坡中某部位岩体的应力发展趋势预测,发现该改进GM(1,1)模型适合于短期趋势预测,并揭示了该部位岩体的应力发展模式,为后续研究工作提供参考和研究基础.

南水北调山东段南干渠边坡变形监测信息管理系统设计及应用

为了管理好大型渠道边坡监测中海量数据,快速挖掘出其中所蕴含物理力学规律,基于南水北调东线山东段南干渠边坡的需求分析,应用Visual Basic.Net 2008编程语言与CAD Viewer组件等编程技术,开发了大型渠道边坡变形稳定监测与失稳预报软件,实现了监测数据的输入输出、数据预处理、预测预报分析、工程资料可视化在线浏览、监测原始数据和监测成果的图形报表输出等功能,并将该系统应用于南干渠边坡监测实践中,为该渠道边坡监测提供软件支持,为实现监测和施工现场管理信息化奠定基础。

复杂岩质高边坡工程安全监测三维可视化分析

应用自主研发的岩石边坡工程安全监测三维可视化分析系统(SlopeMoni3D),以锦屏一级水电站左岸高边坡工程为例,建立安全监测分布式分析平台,对边坡安全监测系统与赋存地质条件进行虚拟现实可视化分析。以三维云图的可视化形式对安全监测获得的左岸边坡开挖区域浅表、深部变形发展趋势及锚索测力计锚固力在相同时段变化量的空间分布进行综合分析,完成边坡整体稳定性和变形趋势的分析评估。分析结果表明:(1)以虚拟现实可视化方式解析复杂岩质边坡工程区域地质条件,可直观表达各监测项目测点布置与地质结构的相互关系,便于监测成果与地质条件和施工信息的综合分析;(2)借助三维可视化分析平台所提供的监测数据管理和监测数据场三维云图绘制等功能,可直观比较相同监测时间段不同监测项目所获得监测物理量的三维云图分布,便于从地质、施工等方面综合分析边坡各区域的变形趋势和稳定状态。

岩石脆性破坏全过程的准态基近场动力学方法

近场动力学(peridynamics,PD)作为一种新兴方法,正展现出成为一种分析复杂岩体力学响应方法的巨大潜力.然而,键基近场动力学与连续介质力学联系薄弱,缺乏对岩石多类型断裂模式和峰后行为的处理能力,而且接触-摩擦模型严重简化.为此,提出了一种准态基近场动力学方法.首先,通过基于键型区分的力密度计算方法,实现了键的应力张量计算,加深了其与连续介质力学的联系;然后,提出了一种通用式的断裂准则引入思路,推导了一种适于当前理论的单直线型虚拟裂缝模型,实现了对岩石多类型脆性破坏的全过程模拟;最后,通过粒子网格孪生算法,实现了不同介质状态的物质点和孪生网格的同步处理,通过势函数和库伦摩擦定律,实现了对各类接触情形和接触程度的准确判断和表征,并增加了考虑摩擦系数的摩擦力密度计算.已有算例表明,模拟结果与实验结果的吻合程度很高.这使得完善后的近场动力学的近场动力学处理非连续介质形成-演化过程的能力得到了有效提升,扩充了原有的理论框架和适用范围.

基于混合核函数PSO-LSSVM的边坡变形预测

支持向量机(SVM)的核函数类型和超参数对边坡位移时序预测的精度有重要影响。鉴于局部核函数学习能力强、泛化性能弱,而全局核函数泛化性能强、学习能力弱的矛盾,通过综合两类核函数各自优点构造了基于全局多项式核和高斯核的混合核函数,并引入粒子群算法(PSO)对最小二乘支持向量机(LSSVM)超参数进行全局寻优,提出了边坡位移时序预测的混合核函数PSO-LSSVM模型。将模型应用于锦屏一级水电站左岸岩石高边坡变形预测分析,并与传统核函数支持向量机预测结果进行对比分析。结果表明,该模型较传统方法在预测精度上有了明显提高,预测结果科学可靠,在边坡位移时序预测中具有良好的实际应用价值。

基于PSO-PP的边坡稳定性评价

边坡的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。结合投影寻踪算法、粒子群优化算法和逻辑斯谛曲线函数,建立了边坡稳定性评价的粒子群优化投影寻踪模型(PSO-PP)。该模型一方面利用粒子群算法(PSO)优化投影指标函数及逻辑斯谛曲线函数参数,确保了模型参数的准确性;另一方面利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系。模型的测试结果显示了良好的精度。将该模型应用到雅砻江锦屏一级水电站左岸边坡的稳定性分析中,实例分析结果与实际状态吻合较好,表明该模型在边坡稳定性评价中的可行性和有效性。

基于PSO-PP的围岩稳定性评价

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。结合投影寻踪方法、粒子群算法和逻辑斯谛曲线函数,建立了围岩稳定性评价的粒子群优化投影寻踪(projection pursuit based on particle swarm optimization,PSO-PP)模型。该模型一方面采用粒子群算法优化投影指标函数及逻辑斯谛曲线函数参数,确保了模型的准确性;另一方面利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系。模型的测试结果显示了良好的精度,实例分析结果与实际状态完全一致,表明该模型在围岩稳定性评价中的可行性和有效性。

围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。采用粒子群算法优化投影寻踪方法,并结合属性区间识别理论,建立了围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型。选取5个围岩稳定性影响因子作为评价指标,通过构造属性测度区间函数计算单指标属性测度区间,利用基于粒子群优化的投影寻踪确定各评价指标的权重以计算综合属性测度区间,应用置信度准则和评分准则对围岩的稳定性进行属性识别。实例研究表明,该模型能有效的解决围岩稳定性评价问题,且评价结果科学可靠;评价模型采用投影寻踪确定权重,避免了权重确定中的主观性和随意性,保证了评价工作的客观性和准确性。

基于PSO-SVM的岩石边坡稳定性预测

边坡稳定性与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系.结合粒子群优化算法和支持向量机,提出了边坡稳定评价的粒子群优化支持向量机模型.模型采用支持向量机建立边坡稳定性和影响因素之间的非线性关系;同时,利用粒子群算法对支持向量机参数进行全局寻优,从而确保了模型参数的准确性.模型的测试结果显示了良好的精度.将该模型应用到某岩石高边坡中,预测结果与实际情况符合较好,表明该模型在岩石边坡稳定性预测中的可行性和有效性.

黏土-砂混合物三轴压缩超声波特性研究

为研究核废料缓冲回填材料的超声波特征,本文利用岩石三轴压缩伺服仪和超声波测试系统,开展侧限压缩和常规三轴压缩2种应力路径和2种超固结比状态OCR=0.83和2.9的压实黏土-砂混合物的三轴压缩试验和超声波测试。结果表明:侧限压缩试验的纵、横波波速(V_(p)、V_(s))曲线表现出与轴压-轴向应变曲线相似的3阶段特征,但V_(p)曲线具有滞后效应;常规三轴压缩试验的V_(p)增加,V_(s)降低,V_(p)和V_(s)变化与围压有关。动剪切模量和动泊松比(G_(d)和μ_(d))的曲线分别与V_(s)和V_(p)的曲线相似,围压主要影响动剪切模量的大小;V_(p)和V_(s)与有效平均压力(p)有关,V_(p)和V_(s)与p的关系可用二次函数较好描述;横波信号的主频逐渐增大,主振幅先减小后增大,主频变得不易分辨,围压越大,横波信号衰减越强;Ⅰ和Ⅱ区随偏压加载而逐渐融合,横波分裂效应减弱。研究结果可为核废料缓冲回填材料的配比设计提供参考。

怒江夏里段变质砂岩不同卸荷速率下破坏特性研究

隧道不同的开挖掘进速率对岩体的力学特性有明显的影响,本文选取怒江夏里段典型变质砂岩,开展了不同速率条件下的真三轴卸荷试验。试验采用应力-应变监测、声发射监测、数值模拟等手段,探究了不同卸荷速率下岩石的变形破坏模式与破坏特性。结果表明:卸荷速率越快,张拉裂纹数量增加,岩石的破坏模式越复杂,呈现张剪共生的形态特征。不同的卸荷速率下,能量具有相同的演化趋势,随着卸荷速率的增加,试样弹性应变能占比增加,耗散能占比降低,用于破坏的能量增加,试样破坏越严重。试样的声发射能量变化表明在卸荷阶段,高卸荷速率产生的损伤变形最小,能量损伤也越小,在破坏阶段损伤发生的时间提前,从而形成更加剧烈的破坏。数值模拟试验表明随着卸荷速率的增加,岩石由剪切破坏逐步向张剪破坏过渡,在高卸荷速率下岩石破坏更为剧烈,同时能量演化规律与室内试验一致。

砂-黏土混合物高压压实性能试验研究

利用自行设计高压固结仪对5种不同含砂率的饱和砂-黏土混合物开展一系列高压压缩试验,研究砂-黏土混合物压缩性和渗透性演化规律及其对矿物组分的依赖性。试验结果表明,饱和砂-黏土混合物的孔隙比-压力(e-lgP)曲线随着含砂率增高呈现出指数函数模式向双曲线函数模式转化,而e-P曲线在压力高于8.1 MPa则呈线性变化,其斜率依赖于含砂率。最优含砂率随固结压力的增大而逐渐从75%移向30%。不同含砂率的砂-黏土混合物的孔隙率、固结压力和含砂率存在统一的幂函数关系。渗透系数与含砂率有关,渗透系数与孔隙率符合指数函数关系。从砂-黏土混合物骨架结构和孔隙类型的角度出发,从本质上分析含砂率、固结压力对混合物压缩性和渗透性的作用规律。结合SEM微细观结构观测结果,验证砂-黏土混合物骨架结构与含砂率之间的相关性。

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明,围岩-支护结构体系协同变形方程能很好地反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。支护强度为0.75 MPa时,理论计算拱顶沉降为18.9 mm,数值模拟拱顶沉降为21.6 mm;支护强度为1.5 MPa时,理论计算拱顶沉降为11.2 mm,数值模拟拱顶沉降为11.1 mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和交叉中隔壁法(cross diaphragm,CRD)施工时,建议支护强度设计为0.75~1.5 MPa,支护刚度设计为59.8~375.0 kN/mm。

借鉴法国大学教学方法的《岩石力学与工程》教学探讨

针对《岩石力学与工程》课程在采矿工程专业中教学质量存在的不足,借鉴法国大学在提高学生学习责任感、实践能力、独立思考能力的先进教学方法,根据本校对本课程教学组织的实际要求,从教学内容和课外作业方面进行了改革探讨,以期提高学生提高解决复杂工程问题的能力。

锚杆锚固性能及界面力学特性研究综述

锚杆锚固岩土体后,形成的锚固体单元能否提供足够的锚固力是整个锚固工程的关键。现有研究表明,锚固系统的破坏模式主要表现为锚杆与锚固剂界面和锚固剂与围岩界面发生滑脱。总结了影响锚杆锚固界面力学特性的因素,分析归纳了锚固界面力学特征研究领域存在的主要问题。指出合理利用数值模拟与试验手段并结合理论分析对锚固界面的力学特性进行深入研究,有助于弄清锚杆锚固系统的作用机理,对提升锚固工程安全性与稳定性有着重大意义。相关结论为今后锚杆锚固界面力学特性的研究提供了方向和参考。

新型拉力分散型麻花锚杆锚固性能试验研究

针对传统锚杆无法有效适应围岩大变形问题,发明了一种抗大变形麻花锚杆,在一定侧压条件下利用锚杆拉拔测试装置,研究了不同锚固长度组合下拉力分散型麻花锚杆锚固性能。结果表明:锚杆拉拔荷载-端头位移发展过程分为弹性阶段、结构变形阶段、塑性阶段和屈服破坏阶段;在相同锚固长度组合下,双根整根螺旋锚杆的锚固性能最优,双根直不螺旋锚杆锚固性能最差;在不同锚固长度组合下,双根整根螺旋锚杆锚固段L1长度越长,锚固性能越好。工程应用中保证麻花锚杆破断载荷大于锚固力条件下,可有效提高麻花锚杆抗围岩大变形能力,确保巷道支护效果。研究成果为新型锚杆结构设计提供理论支撑。

基于收敛-约束法的软岩隧道初支时机估算——以义永公路枫坑隧道为例

合理确定支护施作时机,是确保围岩-支护结构体系共同响应的基础。通过对Unlu和Gercek推导的围岩纵向变形曲线方程(位移释放系数)研究,在综合考虑泊松比和弹性模量以及黏聚力、内摩擦角、爆破参数等提出优化改进;并运用FLAC3D分析改进围岩纵向变形曲线方程的合理性和有效性。结果表明:围岩纵向变形曲线方程与弹性模量以及黏聚力、内摩擦角呈非线性正比关系,与爆破参数呈非线性反比关系;通过对比现场监测数据与理论计算数据发现Unlu和Gercek推导围岩纵向变形曲线方程在x≥0段偏差较大,提出增加“扩大收敛函数”提高其精度,相关系数由原来的R^(2)=0.8,提高到R^(2)=0.97;而且改进后的围岩纵向变形曲线方程与数值模拟结果能更好地相吻合,进一步证实改进后的围岩纵向变形曲线方程更具有合理性和实用性;提出围岩位移增量出现陡增点时的位移释放系数值为施加支护的最佳时机,得出Ⅲ级围岩在长台阶法施工施作时,距掌子面x=2.45 m处开始施作支护为最佳,Ⅳ级围岩在采用CRD(Cross Diaphragm)工法施作时,距掌子面x=1.75 m处开始施作支护为最佳。

COx黏土岩三轴压缩蠕变特性及速率阈值试验研究

黏土岩具有低渗性和自我裂缝修复能力等优点,被用于高放废物地质处置的候选基岩。出于高放废物处置库的长期性及高安全性要求,研究黏土岩的蠕变破坏特征显得极其重要。通过一系列黏土岩的单级三轴压缩蠕变试验,获得Callovo-Oxfordian(COx)黏土岩较为精确的蠕变速率阈值范围。试验结果表明,发生蠕变破坏的蠕变速率阈值与黏土岩的湿度及所处围压等因素有关。总体上,当轴向蠕变速率低于2.5με/h,该类黏土岩很难发生蠕变破坏;但若高于58με/h,则黏土岩极易发生加速蠕变破坏;而处于两者之间的速率值,目前试验尚无明确结论。该阈值可用于在稳定蠕变阶段判断黏土岩是否会出现加速蠕变破坏。