石灰石露天矿高陡边坡稳定性计算分析

以西南某石灰石矿高陡边坡为研究对象,根据矿山边坡现状、边坡岩体结构和结构面发育特征因素对“现状边坡”和“终了边坡”进行地质分区,通过岩石室内物理力学试验获得坡体岩石物理力学参数,采用GSI法计算边坡岩体内摩擦角、粘聚力、变形模量和泊松比等参数,评估边坡地质强度特性,采用Morgenstern-Price极限平衡法分三种荷载工况分别计算“现状边坡”和“终了边坡”各分区稳定性系数。经分析,该石灰石矿各地质分区“现状边坡”和“终了边坡”稳定性好,采场边坡参数设计合理,可为矿山扩产安全设施设计和安全生产提供参考。

GSI模糊推理模型与其他模糊推理模型的关系

提出GSI(guaranteed similarity-degrees of fuzzy inference method)模糊推理模型的概念,考察该推理模型与其他典型的模糊推理模型之间的关系,证明如在计算公式中使用剩余型伴随对,输入前件为正规模糊集,常用的模糊推理算法如CRI算法、三I算法、基于∧-→合成的FRI算法都是GSI模糊推理算法,由Turksen提出的AARS算法(基于相似度的近似类比推理算法)是GSI模糊推理算法的近似.算例表明GSI模糊推理算法对系统输入比较敏感,具有良好的输入条件区分性能.GSI算法参数可调,具有广泛的适用性.

一种基于GSI弱化的应变软化模型

Mohr-Coulomb和Hoek-Brown破坏模型是目前运用最广泛的两种岩体破坏模型。为了能够直观地描述围岩高应力条件下的脆性破坏,众多学者提出基于这两种破坏模型的岩体参数取值方法,主要包括基于Mohr-Coulomb模型的CWFS模型以及基于Hoek-Brown模型的DISL模型和BDP模型。上述模型在表征岩石的脆性破坏方面均有一定的适应性,但是由于存在高围压条件下的硬化现象以及参数取值物理意义不明确等问题,其在实际工程中的应用受到一定限制。在上述模型的基础之上进一步研究Hoek-Brown破坏模型的参数取值规律,在分析地质强度指标GSI值在岩石压缩变形过程中的变化规律的基础上,通过构建地质强度指标GSI值与围压以及塑性应变的函数关系式,建立一种新的基于GSI弱化的应变软化模型——GSI弱化应变软化模型;然后通过锦屏二级水电站白山组大理岩以及Tennessee大理岩三轴压缩试验数值模拟对该模型进行验证。分析表明:该应变软化模型能够较好地模拟大理岩的三轴力学特性。最后运用该模型评价锦屏二级水电站引水隧洞开挖松弛范围,可为岩体开挖支护提供一定参考。

基于GSI值量化和修正方法的岩体力学参数确定

为了准确确定岩体力学参数,通过综合分析多种地质强度指标(GSI)量化方法,提出了一种改进的GSI值量化和修正方法。首先,利用测线法估算结构面平均间距(d)和岩体块度指数(RBI)的改进型岩体块度率(RBR),根据岩体三维结构面网络,获得岩体体积节理数(J_v)和岩体结构等级(SR),然后采用上述参数和结构表面条件(SCR)及结构表面特性参数(J_c)进行了GSI值的定量化处理。为了克服GSI体系的缺点,考虑结构面产状和地下水对岩体力学性质的影响,提出了GSI值的修正方法和公式。以某铅锌矿体的矿岩体为例,根据改进的GSI值量化和修正方法及Hoek-Brown强度准则来确定矿岩体力学参数,通过与原位变形试验的对比分析,验证了该方法的精确性和可行性。该方法为从室内岩石力学试验合理地获取节理岩体力学参数提供了理论及实现的依据。

基于GSI露天矿边坡岩体参数的获取与稳定性分析

基于边坡稳定性分析几种数值分析方法的自身特点,对Hoek-Brown强度准则中GSI定量化相关的岩体体积节理数的确定方法进行了探讨研究。以某露天采矿边坡为例,采用三维显式有限差分法进行边坡稳定性数值分析,根据岩体野外现场调查资料和室内岩石试验,结合Hoek-Brown强度准则,使用所探讨的岩体体积节理数确定方法获取了数值计算所用的岩体力学参数,分析了该露采边坡开挖后的稳定性。研究方法有助于同类型露天采矿边坡稳定性防治工作的开展,为矿区安全生产的动态信息化分析提供了决策依据。

基于岩体强度指标和有限元法的边坡稳定分析研究

为了解决不完备勘探数据条件下地质强度指标法分析精度不足的问题,本研究采用地质强度指标法取代经验系数法设计有限元分析的参数设定方法,解决二者结合后,比较标准偏差率1倍σ值,有限元法结合地质强度指标法对比单纯有限元法,均值提升25.77倍,中位数提升25.70倍;有限元法结合地质强度指标法对比单纯地质强度指标法,均值提升111.03倍,中位数提升110.70倍。研究中将单纯岩体强度指标法与单纯有限元法相结合,形成有限元法结合岩体强度指标法的综合分析方法,发挥了岩体强度指标法对地质参数的整理效果,优化了各地质参数之间的传导关系,使原始参数的设定更佳,使得边坡稳定评价精度得到大幅度提升。

基于Hoek-Brown准则和Sarma法的海外水电工程边坡稳定性评价

在海外水利水电工程勘察中,由于中国规范与国外规范的差别,导致岩体力学参数的合理取值一直都是难点,难以得到业主及咨询方的认可。文章以老挝南俄4水电站10#坝段开挖边坡为例,利用基于GSI法的Hoek-Brown强度准则岩体力学参数估计方法,结合开挖地质资料和室内岩石力学试验结果,估算边坡岩体力学参数,分析对比GSI法和中国规范经验取值的差异,综合提出边坡稳定计算力学参数值,并采用Sarma法对坝基边坡的稳定性进行定量计算与分析。研究成果对类似海外水利水电工程地质勘察具有一定的指导意义。

工程边坡应用Hoek-Brown强度准则时的扰动因子取值探讨

Hoek-Brown强度准则在过去的20 a里得到不断的更新和完善。最近Hoek和Brown对以往的版本进行了归纳和总结,提出了2018版。这一版本纳入了定量的扰动因子D来确定强度指标,但是扰动因子D取值范围为0~1,涵盖了地下工程和边坡工程,又包括了从控制良好到控制不良的各种开挖工况,取值范围较大。对开挖爆破通常进行严格控制的水利水电工程边坡,需要研究其相应的扰动因子取值范围。对一个典型算例在大范围变动几何和物理力学参数情况下,比较了Hoek-Brown强度准则GSI—1995和GSI—2018两个版本的稳定安全系数。结果表明:当扰动因子D在0.78~0.88范围内取值时,两个版本求得的安全系数相当。本研究进一步考察了昌马、紫坪铺和柴石滩水库这3个曾按“1995版”开展过边坡稳定分析的工程实例,结果表明2个版本等效的扰动因子D取值范围为0.72~0.85。因此,在水电边坡工程分析中使用GSI—2018,建议其扰动因子取值范围可考虑在0.7~0.9之间。

多种工程岩体质量评价方法的关联及其应用探讨

总结了常用工程岩体质量评价方法的相互关系。以土屋铜矿露天边坡工程地质调查数据为基础,对RMR—GSI法、Q—GSI法和GSI图表法三种方法的工程岩体质量计算结果进行探讨分析。分析结果表明,基于大量工程地质调查数据基础上的RMR—GSI换算法和Q—GSI换算法能够避免单一GSI图表法主观性大、量化结果不强的特点。参与调查的结构面越多,多种方法计算的GSI值越接近。大量的工程地质调查能够提高GSI值的精确程度,对于边坡稳定性分析尤为重要。

基于Hoek-Brown强度准则的应变软化模型在隧道工程中的应用

基于Hoek-Brown强度准则及量化GSI围岩评级系统,分析岩体强度弱化行为,总结出确定岩体峰值及峰后强度参数的方法,提出应变软化模型的简化计算方法,并以FLAC3D数值模拟软件为工具,采用收敛-约束法对深埋大断面隧道支护结构及围岩稳定性进行分析,计算出支护结构安全系数。通过分析得出:随着围岩应力释放,岩体软化参数随之减小,岩体强度弱化行为突出;高地质强度GSI指标(GSI=75)的岩体虽然强度弱化程度较大,但围岩的变形量仍然较小,而低GSI指标(GSI=25)的岩体表现出了理想弹塑性行为;提出的简化Hoek-Brown应变软化模型适合应用于隧道中岩质相近区段围岩的研究;采用收敛-约束法对隧道支护结构的稳定性进行分析,可为隧道工程的初期支护优化设计及安全性评价提供参考。

地质强度指标的模糊综合评判法

评价岩体地质强度指标(GSI)时,因其基本要素取值过程存在较大的随机性和模糊性,很难用静态的模式去准确衡量每个影响因素,岩体特征参量的模糊性反映其内在的不确定性,模糊数学理论为更客观地刻画这种特性提供有力的数学手段。首先引入岩体节理组数Jn、节理间距l和岩体完整性系数Kv描述岩体结构特征,大比例尺波形系数Jw、小比例尺光滑系数Js和节理蚀变系数Ja描述结构面条件,然后把多因素模糊综合评判理论应用到GSI系统的评价中去,并利用层次分析法确定模糊评判因素的权重,建立GSI系统的模糊综合评判模型。工程应用表明,这种方法针对性较强、误差较小,能够将地质调查勘探结果、试验结果、统计数据以及专家意见有机结合起来,从而减小研究者决策时主观性。GSI系统的模糊综合评判法为GSI系统量化提供新的途径。

桐岭岗1#砾岩高边坡稳定性研究

本文采用室内试验和Heok-Brown改进后经验公式对砾岩岩块、岩体及其结构面在自然与饱和条件下的力学特性进行了分析。在此基础上,本文依据工程类比经验,为砾岩边坡拟定设计坡率,并通过基于坡面网格搜索危险滑动面的极限平衡方法和现场监测来控制和分析边坡稳定,取得了良好效果。

基于Hoek-Brown应变软化模型的深部巷道锚杆受力特征研究

基于量化GSI围岩评级系统及Hoek-Brown应变软化模型,应用FLAC3D数值模拟软件,分析全长粘结锚杆在不同长度及不同本构模型条件下的受力特点,对比分析不同预应力对锚杆轴力及剪力的影响。结果表明:采用理想弹塑性模型与应变软化模型计算得到的锚杆轴力及剪力相差较大;通过现场实际应用可知,应变软化模型能够较为真实地反应围岩的屈服破坏过程,在支护结构设计中,建议采用应变软化模型进行计算,可得到较为精确的计算结果。

基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统(Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI),利用粒子滤波(Particle Filter,简称PF)方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES(Geostationary Operational Environmental Satellites)-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差(Multivariate and Minimum Residual,简称MMR)云反演方法的异同。结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO2切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于"扰动粒子"的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本(样本数量约为250)可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果。

某长江大桥高峰岸锚碇基础边坡稳定性研究

基于有限元强度折减法建立某长江大桥高峰岸锚碇基础边坡三维模型,模拟分析了锚碇基础施工及运营过程中边坡变形特征及稳定性。分析结果表明,采用改进的GSI(地质强度指标)法确定岩体力学参数,更符合工程实际;三维整体强度折减法计算的安全系数明显高于极限平衡分析结果;三维分析方法可直观显示边坡的破坏形式和位置,便于定性判断边坡破坏性质。根据分析结果,提出了相应工程措施,以确保锚碇基础边坡在施工及运行期安全。

基于广义Hoek-Brown准则的节理岩体力学参数折剪计算

节理化岩体力学参数是矿山工程地质和稳定性分析的重要基础数据,一般在实验室通过单轴、三轴试验只能得到岩石的力学参数,无法得到岩体的力学参数。目前,利用岩石力学参数确定岩体力学参数的方法较多,但都过于烦琐或准确度不高,急需一种新的简易确定方法。因此,通过利用基于广义Hoek-Brown准则的地质强度指标(GSI法),并结合相应的岩土分析软件,强度折剪岩石力学参数值,从而得到岩体的力学参数。通过将该方法应用于赤峰中色白音诺尔矿业有限公司岩体力学参数的计算中,证明采用该方法考虑岩体的结构面和完整性,可较为准确地反映节理化岩体的力学特性,且方便可行,具有工程实用价值。

两种岩体抗剪强度参数量化方法探讨

在国际工程及一些小型工程中,常遇到取样试验获取岩体抗剪强度参数困难的情况。国内一般采用按规范分级查表方法给定参数,国外主要以GSI打分,结合Hoke-Brown准则确定。在分析两套方法理论的基础上,对比二者考虑的因素,结合案例应用情况,得到以下认识:(1)两套方法的原理均为岩石强度及结构面特性共同决定岩体抗剪强度;(2)对于同一工程的岩体研究对象,二者评价得出的抗剪强度参数值不一致,但工程评价效果相同;(3)国内规范法理论过程不够严谨,在国际工程中难以推广使用;(4)国外方法拟合摩尔库伦参数时所用的最小有效主应力可通过各工况有限元计算确定。

基于离散元法的GTM沥青混合料设计参数研究

运用离散元理论,对GTM法设计的混合料旋转剪切过程中的设计参数:旋转稳定值GSI与旋转剪切系数GSF进行了数值模拟分析。分析过程中,模拟了GTM试验模型沥青混合料的工作状态,获得了GTM法混合料变形与应力场,验证了试验结果的正确性,最后综合试验数值模拟结果提出了GTM混合料设计参数合理取值范围:GSI≤1.05,GSF≥1.3。

低坝坝基岩体抗剪强度参数确定方法研究

基于国际通用的岩体Hoek-Brown准则,用岩体BSD来表征岩体完整性,比列夫斯基1989指标体系来表征结构面性质,从而获取岩体GSI值,再用不规则岩块点荷载试验值获得的等效岩石单轴抗压强度来表征岩石强度,进一步反推出岩体抗剪强度c'和f'。另一方面,结合Barton-Bandis结构面抗剪强度理论,采用回弹仪测量结构面锤击数后得到结构面抗剪强度参数。该工作思路应用于湄公河某国际水电工程,得到了咨询方的认可,填补了国内规范对中低坝段坝基岩体抗剪强度参数取值的空白,一定程度上可减少不必要的工程成本。