金川水电站大型地下厂房洞室群施工期围岩质量评价方法

金川水电站地下厂房洞室群规模大且地质构造条件复杂,给施工期带来极大的安全风险,鉴于地下厂房的重要性及特殊性,查明开挖洞室围岩类别及不良地质现象可以为洞室群施工期安全快速施工提供保障,因此本工程迫切需要一种针对地下厂房洞室群在施工期的围岩质量评价方法去解决当下面临的问题。为此,基于前期勘探成果、借助三维地质建模软件建立地下厂房三维围岩质量分级模型,在施工期洞室开挖前采用TGS360Pro系统进行掌子面前方100 m洞段的超前地质预报,对该段的三维围岩质量分级模型进行动态修正,进行地下厂房开挖后地质编录结果和地质预报结果的对比分析。结果表明:采用该方法可深入研究探明局部Ⅳ类围岩等不良地质现象对围岩稳定性的影响,可实现最大限度地降低不良地质部位开挖风险,为工程的顺利修建和安全运行提供技术保障。TGS360Pro超前地质预报技术可以实现精准的超前地质预测预报,进一步查明不良地质现象位置及分布范围,可作为完善地质三维围岩分级模型的重要依据。该围岩质量评价方法及超前地质预报方式对金川水电站大型地下厂房洞室群可实现快速开挖支护提供了技术支撑。

勘察阶段洞室围岩质量预测问题研究

勘察阶段洞室围岩质量关系到工程建设的安全,因此围岩质量勘察阶段的预测是工程建设的重要环节。在实际工程勘察中,提高围岩质量预测的准确性,对工程建设安全、方案优化设计、提高工程效率有重要意义。从勘察阶段洞室围岩质量预测基本方法出发,针对围岩质量预测过程中采用的方法和步骤,提出提高围岩质量预测精度的具体解决方案,为提高勘察的准确性奠定了基础。

基于综合权重—模糊物元法的岩溶地区隧道围岩质量评价

为科学、准确地对岩溶隧道进行围岩质量分级评价,提出了基于综合权重—模糊物元法的岩溶地区隧道围岩质量评价方法。根据实测数据,采用CRITIC法确定影响岩溶地区隧道围岩质量指标的客观权重,采用改进的层次分析法确定其主观权重,并利用组合赋权计算得出各项指标的综合权重,最终根据模糊物元理论确定围岩的分级。为验证该方法的有效性,将其应用于岩溶地区腾讯七星数据中心隧道群围岩质量评价中。研究结果表明:基于综合权重—模糊物元法的岩溶地区隧道围岩质量评价判定结果与实际现场分级情况吻合较好,说明该方法能够实现对岩溶隧道围岩质量的综合判定。

基于CEEMDAN-TCN组合模型的围岩质量等级预测评价

为解决TBM在掘进过程中因未知的地质条件导致的机器卡顿、停机及岩体坍塌等问题,以围岩的岩体完整性指数、单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力、变形模量、泊松比、坚固性系数和弹性抗力系数等主要力学参数为依据,利用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)和时间卷积神经网络(TCN)结合的方式,遵循“先分解再重构”的原则,提出一种基于CEEMDAN-TCN组合模型的围岩等级预测方法,对隧道掌子面处的围岩等级进行预测评价。结果表明:1)基于CEEMDAN-TCN组合模型的围岩等级预测值与真实值之间的均方误差一般小于0.07,均方根误差一般小于1.67,平均绝对百分比误差一般小于0.45,平均绝对误差一般小于0.14,拟合系数为95.2%;2)CEEMDAN-TCN组合模型具有误差小、拟合效果佳和实用性高等优点,能准确地预测隧道掌子面处的围岩等级,实现围岩类别的智能分类,对实现TBM高效掘进和风险预警有着重要意义。

基于变权TOPSIS模型的围岩质量评价方法研究

围岩质量评价是一个复杂的多目标风险决策问题。以反映围岩评价本质思想和关键概念为目标,选取了围岩的抗压强度(单轴)、岩石质量指标、岩体完整性系数、地下水发育状态、岩体声波速度、结构面走向与洞轴线夹角6个指标,运用均值化方法组合计算信息熵和变异系数法的指标权值,并结合TOPSIS法构建了围岩质量的评价模型;然后将该模型运用到新疆克州布伦口-公格尔水电站地下洞室4个标段的围岩质量评价。研究表明,模型计算结果与现场实测数据基本吻合,说明所建立的围岩质量变权TOPSIS评价模型能有效地得出合理理论。

深部岩体工程围岩质量评价的IRMR法研究

通过采用连续性细化方法,考虑高压地下水和高地温对岩体力学性质的影响,分别引入地下水和地温弱化系数,对传统RMR法中的岩石单轴抗压强度、岩石质量指标和节理间距这3个评价指标的评分标准进行修正,获得3个评价指标和其对应分值之间的非线性连续回归方程;根据深部岩体工程中地应力与岩石强度特征值之间的关系,定义岩体损伤破坏危险度系数,且建立该系数和岩体质量评分修正值之间的对应关系,由此获得适用于深部岩体工程围岩质量评价实际的IRMR法,并用实例验证了该法评价结果的合理性和有效性。

勘察阶段洞室围岩质量预测的问题探讨

因围岩质量评价对地下洞室的设计、施工具有重要作用,因此勘察规范对洞室围岩质量评价具有明确的规定。围岩质量评价方法很多,但在勘察阶段,围岩质量的评价结果与实际情况有很多差别。造成这种问题的主要原因是岩体质量评价需要准确而丰富的工程地质数据,而在勘察阶段,洞室围岩的直接数据有限,多为间接数据(物探数据)和推测数据(以地表工程地质测绘数据和钻孔数据为基础进行推测)。根据勘察阶段所获得的工程地质数据,以钻孔中岩心质量与测井数据之间的关系为基础,建立岩体质量与地球物理参数之间的关系,多种地球物理参数对比,可以比较准确地预测目标围岩质量。通过某花岗岩体中钻孔随深度变化的BQ值曲线、RQD曲线、测井曲线和电磁法物探剖面的对比,发现岩体质量与物探数据很难一一对应,但其大致趋势一致。

基于粗糙集的隧道围岩质量可拓学评价

将粗糙集理论与隧道岩体质量评价相结合,把权系数问题转化为粗糙集中属性重要性评价问题,建立了关于隧道岩体质量评价的关系数据模型。通过实际隧道岩体质量等级的权系数计算,对隧道岩体质量进行了基于粗糙集的隧道围岩质量可拓学评价,并将评价结果与实际的评价结果对比分析,认为基于粗糙集的隧道围岩质量可拓学评价能反映隧道岩体的工程特性。

基于漂移度的隧道围岩质量分级组合评价方法

针对现有隧道围岩质量分级方法评价结果存在非一致性问题的特点,首先引入组合评价思想,选取多种已有围岩质量分级方法作为基础分级方法,建立了融合各基础分级方法优越性的隧道围岩质量分级组合评价计算模型;其次,依据不同基础分级方法评价指标的物理意义和量纲不同的特点,建立了评价指标的标准化方法,使不同基础分级方法评价结果具有可比性,以解决组合评价计算模型的组合计算方法问题;然后,针对不同基础分级方法评价结果的合理性存在差异的特点,引入漂移度概念,建立了基础分级方法合理程度的度量方法,并在此基础上,提出基础分级方法权重分配的合理确定方法,进而建立了隧道围岩质量分级的新型组合评价方法,该方法不仅可以解决不同基础分级方法评价结果的非一致性问题,更重要的是可以充分发挥各基础分级方法的优势,避免它们的不合理性,使隧道围岩质量分级更为合理;最后,通过工程实例分析,表明了该方法的合理性与可行性。

基于熵权法和可拓学理论的隧道围岩质量评价

引入可拓学理论,建立隧道围岩质量评价物元模型,采用熵权法计算指标权重,选取岩石单轴饱和抗压强度RC、围岩质量指标RQD值、结构面摩擦系数Jf、节理间距Jd、地下水状态W、完整性系数Kv为评价指标,对坪子头隧道左线围岩质量等级进行评价,研究表明,基于熵权法的围岩质量可拓评价不仅取得了与工程地质报告相一致的评价结果,而且能客观反映待评围岩与相邻围岩等级之间的距离,从而提供更为准确的围岩级别,为隧道施工提供了科学依据。

基于修正RMR法的深部岩体工程围岩质量评价研究

深部岩体工程具有典型的高地应力、高地温和高孔隙水压等特点,传统的RMR法对评价其围岩质量存在不足之处。通过考虑高压地下水和高地温对岩体力学性质的影响分别引入地下水和地温弱化系数,结合连续性细化方法对传统的RMR法中的岩石单轴抗压强度、岩石质量指标和节理间距等三个评价指标的评分标准进行了修正,获得了三个评价指标值与其对应分值之间的非线性连续回归方程。然后,根据岩体中地应力的大小及岩石强度特征定义了岩体损伤破坏危险度系数,建立了该系数与岩体质量评分修正值之间的对应关系。由此获得了比较符合深部岩体工程围岩质量评价实际的修正RMR法,并用实例表明了其评价结果的合理有效性。

基于多因素评价的隧道围岩质量与超欠挖关系

围岩质量及施工方法是影响隧道超欠挖的本质原因,研究围岩质量与超欠挖的关系,对评价和预测超欠挖、判断隧道结构的稳定性具有重要意义。基于工程实测资料及数值试验,研究了跨度对隧道围岩质量的影响,进而建立了基于多因素评价的围岩质量修正指标。根据隧道开挖断面轮廓具有分形特征的特点,计算了鸳鸯会隧道20个典型断面轮廓分形维数,研究了围岩质量与超欠挖的关系,得出围岩质量多因素修正指标与超挖比及断面轮廓分形维数呈线性关系,随着围岩质量多因素修正指标的提高,超挖比和断面轮廓分形维数将降低,并根据复相关原理,建立了三者间的复相关关系,可为隧道围岩质量的正确评价及超欠挖分析提供有益参考。对比不同围岩分级方法与超欠挖的关系表明,基于多因素评价的BQ法在隧道工程中的适用性更好。

基于支持度的隧道围岩质量分级组合评价方法

针对基于漂移度的隧道围岩质量分级组合评价方法存在漂移度参考对象不一致,计算结果不可比问题,引入支持度概念作为各基础评价方法权重计算的依据。首先,从相似度和差异度两个方面建立新的支持度数学定义,避免了传统支持度公式仅考虑差异度的缺陷。其次,以整体数据对每种基础评价方法评价结果的综合支持度作为权重计算综合评价结果,从而建立了隧道围岩质量分级的新型组合评价方法,该方法不仅可以解决不同基础分级方法评价结果的非一致性问题,更重要的是其解决了漂移度概念下参考对象的不一致问题,使得权重结果更客观实际,理论基础更加坚实。最后,通过工程实例分析,表明了该方法的合理性与可行性。

高地应力条件下围岩质量分类方法研究

围岩质量分类是隧道及地下工程领域重要的技术工作之一。限于经验,目前常用的围岩质量分类方法主要适用于中低应力、低应力环境,而在高地应力地区的适宜性较差。文章结合某水电工程实例,先后采用BQ分类、HC分类、RMR分类以及Q系统分类方法,分别就4种方法分类结果的相关性、吻合率和一致性等方面开展了系列对比研究和初步的成因分析。发现无论是上述4种方法各自的分类依据和指标,还是各指标权重的大小均有较大差异。故针对高地应力环境,以及研究区高地应力条件下的岩爆问题,分别对现行Q系统分类、HC分类和RMR分类方法逐一进行了修正。如Q系统重点修正了地应力折减系数、节理粗糙度系数Jr和节理风化蚀变系数Ja;HC分类提出了考虑高地应力和岩爆烈度的地应力折减系数,而取消了强度应力比S;RMR方法主要修正了R6,并增加了地应力折减系数K等。修正后的Q、HC、RMR方法所得结果更接近实际情况。最后,基于概率统计方法,建立了采用多种方法的围岩综合分类方案。

基于Fisher判别分析法的井巷围岩质量分类研究

为建立在煤矿勘探阶段井巷围岩质量分类的判别模型,选取岩石的天然单轴抗压强度、饱和单轴抗压强度、软化系数、天然抗剪强度、饱和抗剪强度、含水率和岩石质量指标RQD值等7项因子作为分类指标,以新疆乌鲁木齐市某煤矿的2个煤层顶底板的40组岩样作为学习样本,采用Fisher判别分析方法对该40组岩样进行训练,建立了判别模型,采用回代估计方法对每个岩样进行验证,正确率达到97.5%,利用该判别分类模型对另一煤矿的8组岩样进行分类,其分类结果与实际分类结果完全相符。研究结果表明:Fisher判别分析方法是一种有效的围岩质量分类方法,该判别模型可在实际煤矿井巷围岩质量分类中进行推广应用。

关口垭隧道围岩质量分级组合评价研究

现有隧道围岩质量分级方法评价结果有时存在非一致性的问题,引入组合评价思想,选取3种已有围岩质量分级方法作为基础分级方法,建立隧道围岩质量分级组合评价计算模型;然后,建立评价指标的标准化方法,从而使不同基础分级方法评价结果具有可比性,解决不同方法物理意义和量纲不同的问题;引入漂移度概念建立基础分级方法合理程度度量方法,并在此基础上建立基础分级方法的权重计算方法,进而建立隧道围岩质量分级的组合评价方法;最后,通过工程实例分析,表明所提出方法的合理性与可行性。

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.

工程因素对施工期地下洞室围岩质量影响分析

地下工程规模扩大化和布置形式复杂化,以及人为改造因素对围岩质量影响日益显著,因此,准确评价工程岩体质量,需考虑自然因素和工程因素的综合影响。其中工程因素应作为自然因素围岩质量体系的修正条件予以考虑。以大岗山水电站地下厂房区为例,尝试分析施工期工程因素对围岩质量的影响,首先归纳了工程因素主要类型及其对围岩质量的影响,藉此选取针对性的评价指标对围岩质量予以劣化效应定量化表示及工程时效性、功能性与支护补强的关联分析;此后,基于相关技术要求,提出了施工期分层次、围岩分类体系构建流程,为实现工程因素劣化作用的定量表示及其在施工期围岩评价体系中的作用提供了理论基础。对工程因素与围岩质量评价体系的影响作用等研究具有一定启迪意义。

基于可变集的围岩质量等级识别原理与判别方法

基于可变集的对立统一定理,提出围岩质量等级可变集识别原理与方法。导出可变集多指标综合相对隶属度模型。首次将辩证法规律及其数学定理用于工程围岩等级识别。列举了两个应用实例,并与集对分析模型的围岩质量等级识别结果进行了比较与分析,指出它存在的问题。提出的围岩质量等级可变集识别原理与方法可推广应用于土木建筑、水利、水电、岩土工程等不同建筑物围岩质量等级识别,有广宽的应用前景。

基于组合权重非对称贴近度准则的可拓理论在围岩质量评价中的应用

根据可拓工程理论,以布伦口-公格尔水电站地下洞室4个典型标段为例,建立基于非对称贴近度准则的围岩评价物元模型。考虑实际工程中主客观因素对围岩质量评价指标权重的影响,将简单关联函数法、熵值法和德尔菲法相结合,基于最小鉴别信息原理确定围岩评价指标的组合权重。研究结果表明,与其他围岩评价方法结果相比,认为基于组合权重非对称贴近度准则的可拓理论的围岩质量评价结果能较准确地反映洞室岩体的工程特性,且对围岩质量能够进行准确合理的评价。