基于GB-SAR的矿山边坡局部变形演化与失稳预测

为了提高地基合成孔径雷达(ground-based synthetic aperture radar, GB-SAR)边坡监测效果与失稳预测能力,在广东省某石灰石矿山架设地基雷达,开展实地监测试验,结合矿山地质条件与监测数据研究不同类型的岩体变形演化特征,根据变形特征选择位移最大点的监测数据利用速度倒数法进行失稳预测。通过分析典型案例的监测数据来优化速度倒数法的算法,进而对矿山试验数据进行研究。研究结果表明:通过分析雷达三维模型变形图的局部位移差异,能够初步判断边坡岩体的变形破坏方式;适当增大移动平均滤波法的移动时间周期C,能够更早地发现灾害征兆,更好地识别岩体加速变形阶段及临滑阶段。研究结果可为基于雷达的滑坡预测提供参考。

基于监测信息的边坡变形失稳预测分析

露天矿边坡稳定性是矿山安全生产的重要保障。文章针对大型铅锌矿床开采形成的露天边坡台阶潜在的滑体,利用GPS监测技术手段,对边坡的变形进行长期监测;通过监测数据分析台阶变形的规律,并利用监测数据构建失稳预测模型进行失稳预测。分析结果表明:当监测进行110 d后,边坡位移急剧加快;边坡变形速率受降雨影响显著,由于该台阶滑体的滑面主要为圆弧滑面,滑体的时间-变形曲线表现出多台阶状,即在降雨期间,边坡变形速率加剧,变形曲线斜率加陡;当降雨停止,变形速率减缓,出现一个较平缓的斜率曲线。预测边坡在监测之日后340 d~360 d之间发展为失稳垮塌。

高海拔公路隧道开挖面失稳预测模型研究

开挖面决定高海拔公路隧道稳定性,预测开挖面稳定性至关重要。鉴于高海拔公路隧道开挖面失稳预测模型研究较少,基于类似工程案例,将高海拔公路隧道掘进引起开挖面失稳的主要因素分为4类,共10个因素。采用模糊综合评判法、层次分析法等将隧道开挖面失稳的风险等级划分为4类,并对每个因素进行了等级划分、隶属度分析和权重计算,建立了高海拔公路隧道开挖面失稳预测模型。运用该失稳预测模型,对天山胜利隧道出口段3个不同的区域(粉土中密碎石段、过渡段、中风化花岗斑岩段)进行了开挖面失稳预测。预测结果表明:通过依据数值模拟和天山胜利隧道出口段现场实际施工情况分析,该预测结果与实际相符。该预测模型为后续高海拔公路隧道施工预测开挖面稳定性提供了新途径。

整体壁板压弯成形中的筋条失稳预测(英文)

为实现对整体壁板压弯成形中筋条失稳的预测,基于能量法、弹塑性力学和数值解析提出压弯成形过程中筋条临界失稳载荷的求解方法。在设计的压弯模具上进行压弯失稳试验。结果表明,基于本文提出的方法所得的理论临界失稳载荷与试验结果吻合较好。采用本文所提出的方法可以对铝合金高筋整体壁板压弯成形中的筋条失稳问题进行合理地预测。

隧道围岩–初支系统灰色突变失稳预测模型研究

为了预测风化岩质隧道围岩–初支系统的失稳险情,结合具体工程实践,采用系统工程科学理论和非线性科学的灰色尖点突变理论,根据系统协调性变化趋势判断其稳定性的原理,对围岩–初支系统的拱顶沉降和洞周边墙变形收敛值的现场监测数据进行平滑处理和一次累加生成变换,进行围岩–初支系统的拱顶沉降与洞周边墙的变形收敛值之比与距初支时间的多项式回归拟合,建立一个围岩–初支系统的灰色尖点突变失稳预测模型,对围岩–初支系统的失稳时间进行预测。研究结果表明:可通过建立围岩–初支系统的灰色突变失稳预测模型分析系统协调性的发展趋势,判断其稳定性;获得围岩–初支系统失稳的临界时间和系统失稳的前后时间差,准确地对围岩–初支系统失稳过程(包括临界状态)进行预警预报。

基于汶川地震经验的地震崩塌失稳预测综合指标法

依据汶川地震崩塌灾害调查数据,统计分析了地震崩塌与岩体结构、地震烈度、斜坡地貌形态之间的关系,研究采用综合指标法进行地震崩塌失稳预测。研究表明:土层及风化卸荷带、发育不利外倾结构面岩体、发育贯通性陡倾结构面岩体等在地震作用下容易产生崩塌失稳;地震崩塌灾害密度及规模随地震烈度的增高而加大,两者呈指数关系;边坡高度、几何形态对地震崩塌灾害发育也有重要影响。以岩体结构和地震烈度为基本指标,地形地貌(坡度、高度和几何形态)为修正指标,建立了计算地震崩塌失稳指数的经验公式,并基于汶川地震统计数据对指标进行赋值,划分为小、中等、大、极大4级地震崩塌危害等级,以定性评判边坡地震崩塌稳定性和危害程度。

相空间重构理论在边坡失稳预测中的应用

对边坡位移值的时间序列利用相空间重构理论建立预测模型,预测出边坡失稳的时间,给出了一种预测边坡失稳的新思路,并探讨了嵌入维数的确定方法。

滑带土临界状态线及其在滑坡失稳预测中的应用

滑坡失稳预测一直是滑坡研究的重点和难点,而水又是绝大多数滑坡在自然条件下致滑的关键因素,特别是在黄土地区,由于黄土的水敏性很强素有“十坡九水”之说。临界状态线可以直观揭示滑坡发生时滑带土的临界应力状态,因此,通过研究滑带土含水率与临界状态线的定量关系,可以判断滑带土是否破坏,对滑坡的预测提供依据。为进一步研究黄土滑坡预测的方法,提出了应用滑带土的临界状态线来预测,首先以正城滑坡滑带土为研究对象,开展了不同含水率下的固结不排水三轴试验(CU试验)研究,得到各个含水率下的临界状态线,并以抗剪强度参数为桥梁,推导出土的临界状态线与对应含水率之间的相关关系。试验结果表明:滑带土的临界状态线在不同的含水率下表现为参数为不同的斜直线,其截距和斜率与抗剪强度参数有关,水通过影响滑带土的抗剪强度参数决定着滑带土的临界状态,在含水率为15.28%之后,含水率高的滑带土临界状态线更靠近下方;黏聚力c随含水率先增大后减小,最大值为134.72 kPa;内摩擦角φ则随含水率增大呈降低趋势,而且c对水的敏感度更高。最后,利用柳林县贺西滑坡的勘察资料及经验数据,说明了临界状态线在预测滑坡失稳中的可行性,并得出滑坡发生时达到临界状态线的滑带土占比约60%,从而为预测滑坡发生提供一定指导。

分形几何在边坡失稳预测中的应用

对边坡位移值的时间序列利用分形几何理论建立预测模型，预测出边坡失稳的时间，把分形几何和边坡预测有机地结合起来，从而给边坡工程技术人员提供了研究问题的新思路－

整体壁板压弯成形筋条失稳预测与分析

为实现整体壁板压弯成形中筋条失稳的预测,以典型截面形状的I型筋条试件压弯失稳为例,对筋条边界条件作不同假设,建立3个不同的筋条失稳模型。基于能量法、弹塑性力学和数值解析,计算3个筋条失稳模型的临界失稳载荷,并与试验结果对比,确定最佳的筋条失稳模型。结果表明,视筋条对边为简支约束、底部为固支约束的失稳模型,其求得的失稳临界载荷与试验结果吻合较好。该失稳模型可以对高筋整体壁板压弯成形中的筋条失稳进行合理的预测。

高速工况下车载综合电力系统失稳预测

针对车载综合电力系统因离网运行、发动机动态响应慢以及工况复杂从而易失稳的问题,开展了系统失稳预测研究。通过建立各微源、负载变换器的小信号模型,得到各微源输出阻抗与负载输入阻抗。基于改进的阻抗比判据提出了车载综合电力系统小信号失稳判据。利用波特图从发动机转速、车速以及驱动电机转矩3个方面进行系统失稳预测分析。最后通过硬件在环仿真以及样车试验对理论分析结果进行了验证。研究结果表明:该样车在高速工况下,发动机转速应控制在1 900~2 000 r/min,车速不得超过100 km/h;单个驱动电机转矩对系统稳定性影响最大,超过48 N·m会直接导致系统崩溃。该小信号失稳判据能够准确预估系统失稳状态,对优化系统控制结构以及辅助系统设计具有一定指导意义。

基于突变理论的岩溶隧道拱顶安全厚度分析与失稳预测

为解决岩溶地区隧道安全施工的问题,在突变理论基础上,对岩溶隧道顶板安全厚度及稳定性问题进行研究。基于弹性梁模型,综合考虑围岩自重和隧道坡度等因素,建立隧道拱顶突变失稳的判别方程,得到岩溶隧道顶板安全厚度的计算公式,并分析相关因素对顶板安全厚度的影响规律。在此基础上,进一步提出隧道拱顶失稳预测方法,并结合工程实例进行验证。研究结果表明:溶腔水压力、溶腔大小、围岩弹模对拱顶安全有着重要影响;基于突变理论得到的岩溶隧道顶板安全厚度计算方法在实际工程应用中具备可行性与较高的准确性,建立的顶板失稳预测模型能有效预测岩溶隧道拱顶失稳时间。

煤矿采空区失稳灾害预测及综合防控技术

为减小煤矿采空区失稳灾害的发生概率、保证周边居民生命和财产安全、避免采空区失稳灾害带来大规模的生态破坏现象,对煤矿采空区失稳灾害进行预测和防控。利用粗糙集理论剔除冗余和缺陷信息,结合突变级数法得到失稳灾害预测指标体系,利用熵权理论获得地质、水文、环境、结构指标对应的灾害权重,引入置信度完善预测识别准则,完成失稳灾害预测,在此基础上,采用综合防控技术降低煤矿采空区自然灾害的发生频率。实验结果表明,所提方法的煤矿采空区失稳灾害预测结果精准度高,同时综合防控技术能够有效提高煤矿采空区的安全性。

锁固型斜坡失稳机理及其物理预测模型

稳定性受潜在滑面上锁固段所控制的一类斜坡,称之为锁固型斜坡,其失稳机理较为直观明确,我们认为突破斜坡失稳预测这一世界性科学难题应从该类斜坡入手。本文总结了当前有关锁固型斜坡的分类研究,认为可将其分成两大体系;指出锁固型斜坡演化3阶段与锁固段变形破坏过程之间存在内在联系,其演化过程之所以出现加速蠕滑阶段,是因为锁固段损伤累积至体积膨胀点后所致;发现锁固段峰值强度点和残余强度点可视为锁固型斜坡演化进程中的两个特征灾变点,其分别对应着突发型和渐变型滑坡的发生;基于锁固段损伤本构模型和重正化群理论,导出了体积膨胀点、峰值强度点与残余强度点三者之间的量化力学联系,构建了锁固型斜坡失稳的物理预测模型;据此模型对盐池河山崩、新滩滑坡和Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡的回溯性预测效果良好,并可合理解释其失稳机理;阐述了该模型的使用原则和配套技术方法,以便于实际应用。

Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金塑性流动失稳预测

对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金进行等温恒应变速率压缩试验,利用压缩试验数据对比Prasad失稳准则和唯象型失稳准则,发现2种准则均预测出合金在应变速率为0.32～10s-1范围内的塑性流动失稳现象,该失稳区随变形温度的降低具有逐渐向低应变速率范围扩展的趋势。经微观组织观察发现,Prasad准则不能预测到合金在750～800℃,0.001～0.0032s-1范围发生的局部流动和弯折失稳,而唯象型准则对合金在770～870℃、0.01～0.32s-1和900～950℃、0.32～3.16s-1区域出现的晶界裂纹、孔洞以及局部流动不能进行准确预测。结合2种准则的优缺点,提出预测合金塑性流动失稳的新方法。

高填方边坡失稳时间预测的实用模型

建立一种准确可靠的方法来预测高填方边坡因蠕变破坏而发生滑坡的时间是困难的,但对防止财产和生命损失又至关重要。在总结高填方土质边坡蠕变破坏过程中的位移、速度特征的基础上,通过改进Saito模型的应变率公式,提出了基于改进人工蜂群算法的滑坡中短期预测的实用模型。将进入加速变形阶段后的滑坡位移时间序列作为输入,通过人工蜂群算法反演实用模型参数后输出预测的滑坡时间。以3个高填方滑坡为实例,应用滑坡位移监测点的测量数据,验证了该方法在滑坡时间预测上的准确性和可靠性。同时,将该方法预测的滑坡时间结果与传统的Saito系列模型预测的滑坡时间结果进行了比较。结果表明,在通过滑坡位移的时间序列进行滑坡时间预测时,所提出的实用模型比两种Saito模型更准确可靠。

沿顶掘进回采巷道上帮煤体失稳区域预测

针对目前煤矿沿顶掘进回采巷道在掘进过程中上帮煤体突然出现片帮,支护后上帮煤体大面积整体失稳滑移现象,利用毕肖普条分法建立了上帮煤体失稳滑移力学模型,推导出上帮煤体稳定安全系数计算公式。结合某矿现场工程地质条件,针对煤层倾角变化的特点,对不同倾角情况下回采巷道上帮煤体失稳滑移区域进行预测,提出了采用超前锚注方法解决大倾角巷道煤帮滑移问题的方法。

基于变形监测的金龙沟料场边坡失稳时间预测

在加强现场检查的同时,高度重视安全监测及资料的深入分析,科学构建边坡失稳预测预报与稳定性评价模型和方法,对及时发现边坡工程安全隐患,实时调整施工过程,确保边坡工程安全具有极其重要的意义,亦是边坡工程领域长期关注的研究课题。基于此,本文以金龙沟料场边坡为依托,开展了相关预测模型、预报方法的研究,进行了金龙沟料场边坡失稳垮塌案例分析,证实了双曲线预测模型、非等时距GM(1,1)模型、黄金分割法、变形速率判据法的可行性、有效性。

基于可靠性的围岩失稳规模预测

块体理论中,当结构面未能完全贯通所研究的岩体时,会形成无限块体。现有研究均将无限块体视作稳定的,认为其破坏的概率为零。假设结构面为薄圆盘状,考虑三组未贯通结构面和临空面切割的空间几何关系,确定岩体中形成棱台状的潜在失稳块体,并建立块体失稳的力学模型,推导出不同运动模式时块体的失稳判别式。结合构建的潜在失稳块体模型,提出了一种基于可靠性的潜在失稳块体失稳规模(即失稳体积范围)的预测方法:该方法利用Unwedge程序确定给定临空面尺寸和结构面间距下的最大三棱锥块体,其即为结构面在临空面上可能形成的最大块体;以此为基准,运用Monte-Carlo法分别求解不同线性比下结构面直径随机分布时生成块体的体积和安全系数;通过数据整合与分析,可获得不同体积的潜在失稳块体的形成概率和失效概率,并选取一目标失效概率为阈值,即可计算得到潜在失稳块体失稳体积的预测范围。以黄岛地下水封洞库为例,利用提出的预测方法,计算得到以目标失效概率为0.001时潜在失稳块体失稳体积的预测范围:巷道顶板为0~10.900m3,巷道左边墙为0~1.681m3,巷道右边墙为0~1.630m3。该预测结果可为地下工程设计与施工提供可靠的依据。

基于本地相量测量的电压失稳指标工作条件分析

基于同步相量测量装置(PMU)的电压失稳预测(VIP)指标是基于本地相量测量数据进行电压稳定性分析的方法,它利用最小二乘拟合技术来实时跟踪系统的戴维南等值参数。拟合技术的应用条件和静态电压稳定性的物理意义会对这种指标的使用构成一定限制,若输入的采样数据不满足适当的条件,拟合得到的等值模型没有实际意义,可能造成误判。文中剖析了曲线拟合计算戴维南等值参数时出现参数漂移的原因,据此提出了VIP指标的正确工作条件和有效性判据,确保无效的VIP值不会对运行造成误判。根据实际系统运行数据所做的算例验证了该判据的可靠性。