基于PSO-LSSVM-BP模型的高边坡力学参数反分析及稳定性评价

基于粒子群优化(PSO)算法和最小二乘支持向量机(LSSVM)算法构建非线性映射关系,结合反向传播(BP)神经网络对非线性映射关系生成的数据库进行机器学习,构建了PSO-LSSVM-BP模型确定最优岩体力学参数。PSO-LSSVM-BP模型以高边坡监测位移数据作为输入信息,通过反分析获得高边坡岩体力学参数,将反分析参数用于FLAC3D位移数值计算,结果表明模拟结果与监测数据吻合较好,验证了该模型的可行性和有效性。基于PSO-LSSVM-BP模型,对不同蓄水位下两河口水电站进水口高边坡稳定性进行了评价,发现水位是影响边坡稳定性的主要因素,随着水位上升,边坡位移逐渐增大,其表面和断层处损伤程度加深,边坡局部点安全系数有所下降,但整体点安全系数均大于1.30,有一定安全裕度。

水库近坝高位滑坡滑带抗剪强度参数综合确定研究

滑坡滑带的抗剪强度参数是进行滑坡稳定性评价和滑坡涌浪等灾害链研究必需的数据基础,科学合理确定滑带物理力学参数至关重要.本研究以澜沧江GS水电站MLS滑坡为依托,采用现场调查、大型原位剪切试验、室内重塑样剪切试验、室内原状样剪切试验、工程地质类比法及参数反分析法,综合确定滑带抗剪强度参数.采用数值模拟软件运用所得参数对滑坡进行变形破坏分析.数值计算结果与现场滑坡监测变形数据相吻合,验证了采用多方法综合选取滑带抗剪强度参数的准确性和合理性.研究成果可为MLS滑坡稳定评估和防治工程设计等提供技术支撑和参考借鉴依据.

滑坡地下渗流流速的光纤光栅监测装置研发

地下渗流是影响滑坡稳定性的重要因素之一,实现渗流相关物理指标的实时有效监测是准确分析滑坡地下水响应规律和滑坡演化过程的关键.常规渗流监测装置无法兼具渗流速率和流向两个关键参数,且存在抗干扰能力弱、监测成本高、精度低的局限性.结合主动加热光纤光栅法的温度传感特性和地下渗流场中的热对流规律,研发滑坡体渗流速率和流向的光纤光栅监测装置,建立基于测孔温度光纤光栅示踪的渗流监测系统.通过开展模型试验对监测装置和监测系统的有效性进行验证,研究结果表明:通过对测孔各方位光纤光栅的温度特征值变化率kη实施监测,可准确识别地下渗流的流速和流向;在流速量程1.2×10^(-4)~3.0×10^(-4)m/s范围内,装置对渗流速率具有较好的线性度和监测能力,装置监测渗流速率的误差占比11.2%,渗流流向的识别精度为11°左右.该装置的研发为库岸滑坡体地下渗流的精细监测提供了一种新的方法和技术手段.

基于统计相关分析的雅砻江周家滑坡主控因素和变形机理研究

周家滑坡位于卡拉水电站上游,具有变形大、方量大、破坏迹象明显的特征,若出现滑坡失稳,可能将造成涌浪、堵江和水库淤积等灾害,威胁大坝施工期及运行期工程安全及环境安全.本文基于lasso-Random Forest(lasso-RF)、Spearman双变量相关性分析方法,依据滑坡现场原位监测数据,对周家滑坡进行了诱发因素相关性及变形破坏机理分析.结果表明:周家滑坡变形与降雨的相关性大于地震因素,变形的主要影响因素为降雨,且降雨对滑坡变形的影响具滞后性;滑坡B1区的表观位移与深部位移相关性较强,滑坡具有整体滑移特征,应当加强对B1区各指标的监测.

高坝大库滑坡涌浪灾害链研究综述

对高坝大库滑坡涌浪灾害链相关研究成果和发展趋势进行综述,概述了水库区典型滑坡涌浪实例,从水库滑坡分类、滑坡失稳诱发因素、滑带强度参数确定、滑速计算及运动演化规律、滑坡涌浪产生及传播模拟技术、涌浪与水工建筑物相互作用等方面对已有研究现状进行总结归纳,对各类研究方法的适用性和局限性进行了评述,并对目前存在的研究难点、关键技术以及下一步亟待解决的问题做出了展望。

深埋软岩隧洞让位支护原理及应用技术框架

软岩大变形问题是深埋软岩隧洞面临的重大工程挑战和核心关键技术问题.本文总结了从采取刚性支护硬顶的方法发展到采用柔性支护利用围岩自承能力的让压方法的历程,通过分析国内外软岩大变形案例,以滇中引水工程为例,总结滇中软岩变形特征,认为滇中深埋软岩隧洞大变形问题,如采用以防止冲击地压和解决不均压问题的让压锚杆支护,将有一定的局限性,甚至无效.滇中深埋软岩隧洞软岩大变形问题往往还与赋存地质物理环境高外水压力作用有关.文中提出复杂地质条件下深埋软岩隧洞让位支护理论与技术方法,让位支护理论与让压支护理论基础和原理不同,其不是让抵抗冲击地压为目标,而是让变形位移为核心,软岩隧洞施工中“持续变形、边支边让”为核心思想,在保证水工隧洞安全稳定的条件下充分释放岩体的主体变形能,保障软岩隧洞支护、衬砌的安全稳定.该理论方法可在变形力学机理上解决软岩大变形和高外水压力强作用的关键核心技术问题.文中给出了软岩隧洞让位支护系统技术方法,包括系统让位锚杆、让位锚索、约束混凝土、可缩动钢拱架结构及其让位支护体系技术.

深埋隧洞高外水压力研究进展

随着深埋隧洞工程建设,高外水压力问题日益凸显,已成为工程建设面临的最大挑战,高外水压力作用机理和渗控措施是高外水压力问题中的关键.本文从外水压力理论计算方法、外水压力模型试验、深埋隧洞渗控措施三方面综述了国内外高外水压力研究进展.在外水压力理论计算方法方面,研究重点包括折减系数法、解析法和数值法等,旨在探讨深埋隧洞围岩、灌浆圈、衬砌等参数对外水压力的影响.在外水压力物理模型试验方面,基于原型洞室相似和相似材料的试验,主要研究隧洞渗流场分布、外水压力大小以及围岩及衬砌力学与渗流特性等对于隧洞工程安全的影响;在深埋隧洞渗控措施方面,讨论了采用减小灌浆圈渗透性、增大衬砌强度等“堵”的方法,以及施作排水孔、排水洞等“排”的方法.提出了深埋隧洞高外水压力研究拟进一步的研究方向,主要包括:研究工程地质和水文地质结构模型,引入参数场描述水文地质模型,针对深埋隧洞高外水压力研究的岩体分类,揭示不同外水压力条件下深埋隧洞围岩-灌浆圈-衬砌支护结构与外水压力互馈作用及耦合作用机理,构建深埋隧洞现场原位智能化外水压力监测体系,开展深埋隧洞高外水压力风险防控研究,为高外水压力作用下深埋隧洞工程施工及运行提供技术支撑和参考.

绿片岩三轴流变力学特性的研究(I):试验结果

为了解锦屏一级水电站坝基绿片岩的流变力学特性,采用岩石全自动流变伺服仪对绿片岩进行了三轴压缩流变试验。基于试验结果,研究了绿片岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,讨论了流变特性对岩石应力-应变曲线的影响,探讨了不同应力水平下的轴向以及侧向流变速率变化趋势,分析了不同围压下流变的破裂机制,掌握了绿片岩三轴流变的基本规律,从而为该水电站工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的依据。

绿片岩三轴流变力学特性的研究(II):模型分析

首先,基于在岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验曲线,采用五元件线性粘弹性模型对表现为粘弹性流变特性的曲线进行了辨识,获得了绿片岩的粘弹性流变参数;然后,提出了一个新的非线性粘性元件,并将其与塑性体并联起来,得到一个新的非线性粘塑性体(NVPB),该体能充分反映岩石的加速流变特性:同时,将NVPB模型与五元件粘弹性模型串联起来,建立了一个新的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型。采用绿片岩加速流变全过程曲线,对提出的岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型进行了辨识,得到了岩石七元件非线性粘弹塑性流变模型的材料参数。流变模型与试验结果的比较,显示了所建模型的正确性与合理性。

复杂岩质高边坡三维地质建模及虚拟现实可视化

结合复杂岩质高边坡工程三维地质建模和可视化需要,通过综合分析国内外在计算机图形学领域对描述空间拓扑关系的常用三维数据结构,提出基于半边B-Rep和裁减NURBS数据结构的边坡三维地质建模方法,实现具有复杂地质条件和基础洞室群的边坡工程三维模型拓扑关系的快速、准确建立,为边坡工程三维地质可视化提供高质量的几何数据和拓扑关系信息。分析计算机可视化技术的发展趋势和虚拟现实技术的特点,论证应用桌面级虚拟现实技术的X3D规范,实现边坡工程地质可视化的可行性。鉴于X3D灵活的场景交互和对复杂NURBS几何造型的支持,实现基于X3D的边坡工程虚拟现实场景的实时动态可视化、虚拟现实场景对象的可视化交互式查询。以锦屏一级水电站左岸边坡工程为例,给出三维地质虚拟现实可视化在边坡开挖进度模拟和地质超前预报、边坡地质条件可视化查询、边坡安全监测断面地质条件解析、边坡安全监测系统可视化查询和综合分析等方面的应用,为三维地质虚拟现实可视化方法在其他工程领域的应用拓展提供参考。

柱状节理坝基岩体三维各向异性数值分析

在分析柱状节理不连续性和各向异性的工程特性基础上,对某拱坝及坝基的柱状节理岩体进行三维数值模拟分析。考虑河谷初始地应力场和岩体各向异性力学性质,采用各向同性本构和各向异性弹塑性本构进行对比分析。计算表明,坝基柱状节理岩体各向异性特性对工程整体应力、变形的影响比较明显,采用各向异性弹塑性模型计算更能反映柱状节理的特殊性。其结果为该坝区岩体工程各向异性力学分析提供了示例。

绿片岩蠕变损伤本构关系研究

通过对绿片岩三轴蠕变试验数据的研究,分析绿片岩蠕变过程中衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段的各自特征,表明在蠕变加速阶段绿片岩的损伤在急剧增加。对于广义Bingham蠕变模型,在衰减和稳态蠕变阶段引入一非线性函数,在加速蠕变阶段引入损伤,建立绿片岩的蠕变损伤本构关系。通过岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩流变数据来对新的蠕变损伤模型参数进行辩识,得到蠕变损伤模型的材料参数。蠕变损伤模型和试验结果相比较,发现该模型能够很好地描述蠕变曲线中初始的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段,从而证明该模型的正确性和合理性。

滑石板顺层岩质高边坡稳定性及加固措施研究

针对两家人水电站滑石板顺层岩质高边坡工程地质条件的特殊性,研究该边坡在1996年地震过后降雨条件下的滑塌成因,滑石板边坡在侧滑面、底滑面已经非常明显以及后缘拉裂面基本可以确定的条件下,有2个基本问题需要明确:(1)侧滑面和后缘拉裂带的贯通率;(2)底滑面岩体力学参数的取值。2个基本问题的确定通过滑石板边坡历史上已滑塌区域的边坡失稳破坏过程来反演分析,并且与中国水电工程顾问集团公司贵阳勘测设计院现场勘测、岩石室内试验结果以及国内类似边坡工程的经验取值进行对比分析,寻找出最为合理的计算参数。在此基础上对边坡进行稳定性分析,由于边坡在非正常工况下存在滑塌的可能性,因此对边坡进行加固处理是必要的,通过对边坡加固位置的计算分析可知,对边坡底部进行加固处理不仅能够提升局部的稳定性,同时也能保证边坡整体稳定性。在此基础上设计了3种加固方案,对这3种加固方案进行计算分析,可寻找出最为经济合理的一种加固方案。

岩石非线性黏弹塑性流变模型(河海模型)及其应用

通过将作者提出的非线性黏塑性体与五元件线性黏弹性模型串联,建立一个新的岩石非线性黏弹塑性流变模型(河海模型),该流变模型可以充分反映岩石的加速流变特性。推导了岩石在恒应力与恒应变情况下的流变方程,从理论上对岩石非线性蠕变和松弛特性进行分析,同时利用在岩石流变伺服仪上获得的蠕变全程试验曲线,对提出的非线性黏弹塑性流变模型进行充分验证,试验曲线与非线性流变模型的比较,显示了所建流变模型的正确性与合理性。基于提出的岩石非线性黏弹塑性流变模型,推导该非线性流变模型在三维条件下的中心差分格式,采用FLAC3D所提供的二次开发程序接口,研制岩石非线性流变数值程序,同时通过一个单轴压缩算例,进一步验证提出的非线性流变模型的正确性与合理性。采用研制的非线性流变数值程序,对锦屏一级水电站坝基岩石工程进行三维流变数值模拟,分析结果为锦屏一级水电站坝基岩石工程的长期稳定与安全性提供了合理建议与评价。

基于Dijkstra算法的边坡极限平衡有限元分析

基于有限元计算结果,将边坡稳定性问题转化为图论中寻找最短路问题。通过引入图论中解决最短路问题的Dijkstra算法到搜索边坡最危险滑动面及其安全系数中去,对Dijkstra算法作了一定的改进,建立了一种新的边坡稳定性分析方法——基于Dijkstra算法的极限平衡有限元方法。通过一算例对该法进行验证,计算得的安全系数和危险滑动面位置与推荐答案基本一致,说明该方法应用于边坡工程的可行性。将该方法应用于糯扎渡水电站右岸泄洪洞出口边坡的稳定性分析,与极限平衡法和强度折减法作了比较。研究表明,该方法计算得到的安全系数介于极限平衡法和强度折减法之间;危险滑动面位置与这两种方法计算得到的危险滑动面位置基本一致,该方法应用于复杂岩体边坡的稳定性分析可行。最后,对于逆坡向发展的滑动面,以洛古水电站右岸边坡的稳定性分析为实例,研究了逆坡向发展的滑动面滑动力计算方法;比较分析3DEC和该方法的计算结果,说明该方法适用于逆坡向发展的滑动面的稳定性分析。

基于模糊集理论的边坡稳定性分析

岩土工程中的各种信息都存在模糊性,通过对边坡稳定性分析中模糊因素的研究,提出了一种工程边坡模糊稳定性分析的新方法,建立了边坡稳定性分析的模糊数学模型,并给出了相应的求解方法。该模型可以考虑分析中所涉及到的计算力学参数的模糊性。在分析岩土力学参数试验资料的基础上,结合专家经验提出了岩土力学参数的隶属函数构造方法,利用统计资料构造了边坡稳定性评价的隶属函数,并提出了边坡稳定性评价的具体分类指标和模糊安全系数隶属度的计算方法。实例研究表明边坡稳定性模糊分析方法是一种更为合理的研究边坡稳定性的新方法。

极限平衡分析中加固力对岩质边坡稳定性的影响

分别对考虑加固力作用边坡稳定性分析的Morgenstern-Price法、严格Janbu法和Sarma法,推导了安全系数的计算过程。在不考虑力矩平衡的情况下,分析加固力对条块抗滑力和安全系数的影响,然后在考虑力矩平衡的情况下,分析Morgenstern-Price法中加固力对条块安全系数的影响。结果表明,边坡的安全系数随着加固力和内摩擦角的增大而增大。当滑裂面与水平面的夹角小于某一角度时,条块的安全系数随着加固力与水平面的夹角的增大首先呈现先增大的趋势,在达到极大值后呈现减小的趋势。当滑裂面与水平面的夹角大于某一角度时,条块的安全系数随着加固力与水平面的夹角的增大而减小。最后通过一个边坡稳定性分析的简单算例,说明本文理论分析是正确合理。且在同等条件下,加固力作用在边坡下部比作用在上部的效果要好。

三峡永久船闸高边坡变形预测人工神经网络分析

提出并建立了三峡工程永久船闸高边坡变形预测的人工神经网络分析方法，基于永久船闸高边坡岩体变形监测资料，动态构筑了高边坡变形预测知识库，提出了船闸高边坡岩体变形预测分析模型，并得到了永久船闸岩体高边坡变形量、变形收敛速度与收敛时间等结果。

光照重力坝坝基断层影响及处理的三维数值模拟

200m级光照重力坝坝踵和坝趾分别存在较大规模的断层,为了分析和评价断层对重力坝应力位移和坝基稳定性的影响,以及建坝后由于围压变化导致的断层变形模量提高对坝体的影响,对重力坝典型坝段和坝基岩体的联合作用进行三维数值模拟。对两条断层分别进行浮值分析,用强度储备系数法计算受断层影响的坝基安全稳定性,并分别模拟对两条断层进行的不同方式加固处理措施进行模拟。研究结果表明,位于坝趾的F2断层对坝体应力位移状态影响较大,也是坝基稳定性的控制性因素之一,在进行固结灌浆处理提高强度后,不仅可以提高坝基稳定性,而且可使坝体应力状态得到改善。位于坝踵的F1断层开挖并回填混凝土处理不宜过深。同时,建坝后围压变化导致断层变形模量的提高对于坝体应力控制是有利的。

水电站进水口岩石高边坡及坝坡与洞室相互作用的三维数值分析

对一典型的反倾向层状结构岩质高边坡进行了非线性三维数值模拟。数值模型中同时模拟了依存于高边坡的一个进水口大坝和坝下的4个引水隧洞,并且考虑了高边坡的复杂地质条件、支护措施和开挖工况。运用此数值模型研究了开挖卸荷、大坝生成以及水库蓄水对高边坡的应力、变形状况和稳定性的影响。研究结果为工程建设提供了有意义的参考。