岩体强度估算方法研究及应用

岩体强度问题在实际工程中是工程师关心的问题,由于受时间和经费的限制,难以进行大量现场原位试验,而其复杂性目前尚无破坏准则能较好满足实际要求。对于含有多组节理的岩体,结合收集的大量数据对国外基于节理化岩体强度估算经验公式进行了修正,从实测数据中拟合出弹性波波速与岩体强度的关系表达式,同时收集了国内外基于节理密度、岩体分类、弹性波的岩体强度估算公式,对这3种方法进行了对比研究,并应用于旧堡隧道,发现3种方法估算的强度值接近实际岩体强度,说明了在一定情况下岩体强度是可以粗略估计出来的。

基于可变核的自适应光辐射强度估算

针对传统的K最近邻(K-NN)光辐射强度估算只能通过发射大量的光子、增加光子密度来提高估算精度这一缺陷,提出用具有平滑性的可变核(VK)函数估算光辐射强度,通过计算光子到估算点的距离与该光子预先分配的半径之比,实现与传统估算算法不同的自适应光辐射强度估算。实验结果表明,VK算法不需发射大量光子就能改善图像质量且渲染速度快。

渐进式光辐射强度估算方法研究

光子映射能较好地渲染焦散、辉映现象,光辐射强度估算是其中重要的技术。新方法采用渐进式光子映射算法(PPM),先简化光辐射强度估算半径的方式,接着从理论上证明在发射多轮光子后光辐射强度误差的平均期望值及平均方差会随着光子数的增加而减少。实验显示采用新方法光辐射强度的估算精度逐步提高,渲染更清晰的图形。

改进的光辐射强度估算

光子图是一种高效的全局光照算法,能够模拟物理真实感光照效果。然而,经典的光子图算法的光辐射强度估算不够准确,尤其在物体的细节区域光通量计算有很大误差,细节部分的绘制质量很差。分析了光辐射强度估计的过程,找到了产生较大误差的原因,进而提出了一种改进的光辐射强度估算方法。对于搜索范围内的每个光子,求出它在绘制点的切平面上的投影,判断投影点与绘制点之间的距离是否小于搜索半径,进而决定是否使用该光子计算光通量。改进后的算法虽然增加了一些计算时间,但是显著地提高了光辐射强度估计的准确性。理论分析和场景测试证明改进后的算法明显改善了物体细节部分的绘制效果。

基于A-Train卫星编队资料的热带气旋强度估算

准确估算热带气旋(TC)强度,对于预测TC发展、减少财产损失具有重要的意义。前人将TC看作满足静力平衡和梯度风平衡的轴对称涡旋系统,基于云顶高度、云顶温度、海表面气压等物理量建立了TC强度估算模型,该模型未考虑环境垂直风切变对TC强度的影响。本文提出一种修正模型,通过统计拟合手段将垂直风切变加入原模型中。从2006—2015年的Cloud Sat资料中筛选出穿心个例共63个。针对云雷达(CPR)数据特点,提出根据反射率因子的垂直分布确定眼墙和外围边界位置的方法。分别用原模型与修正模型对这63个TC个例进行强度估算。与最佳路径数据相比,原模型结果总体偏大,尤其对风切变较大、强度较小的个例估算效果不佳。修正模型对于风切变大于5 m·s^(-1)的个例误差明显减小,平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE和平均绝对误差百分比MAPE分别从5.8 m·s^(-1)、7.7 m·s^(-1)和19.5%变为3.5 m·s^(-1)、4.9 m·s^(-1)和11.5%。在一定强度范围内,修正模型估算效果随着强度的增强而提升。修正模型对于成熟阶段的个例效果更好,北半球的估算精度高于南半球,纬度越高,估算误差越小。试验结果表明,用该修正模型估算TC强度是可行的,可以对现有的技术进行辅助和补充。

JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法

结构面对工程岩体的稳定性有着决定性的影响,结构面的抗剪强度参数是分析岩体稳定的关键的参数。本文回顾了结构面抗剪强度估算的JRC-JCS模型及其估算方法,提出了可快速估算结构面抗剪强度参数的平均斜率法,并通过对比分析阐明平均斜率法的优越性。

基于Hoek-Brown强度准则的深部断裂构造岩强度估算

西藏某引水隧洞穿越F6断裂带长度达300 m,隧洞埋深110~210 m,常规勘察方法难以对深埋于地下百余米的洞身段断裂带岩体力学性质作出准确的判断。因此,首先利用断裂构造岩浅层原位试验成果,反演Hoek-Brown经验公式计算参数;然后由声波纵波速求得岩体完整性指数Kv,根据断裂构造岩浅层与深层的完整性指数Kv变化来推求GSI指标的变化,采用Hoek-Brown经验公式,对深部断裂构造岩的抗剪强度和变形模量进行了估算。深层构造岩的力学参数计算值与浅层原位测试成果比较,黏聚力提高41.7%,摩擦系数提高10.4%,变形模量提高18.6%,反映了随着岩体完整性的增大,力学参数相应增大的规律,可作为初步设计的依据。勘察实践对在我国西部强烈活动构造地区进行的地下工程有借鉴意义。

基于斜坡变形演化的岩体强度估算方法

由于斜坡岩体所受的应力场在空间上具有分区性,导致相同岩性与结构特征的岩体其强度参数是不同的。研究斜坡变形演化过程中应力场的空间分布特征,揭示斜坡演化过程对岩体强度参数的影响,对斜坡岩体稳定性评价与优化设计起着举足轻重的作用。以北盘江善泥坡水电站上坝址岩体为例,在工程地质岩组划分的基础上,利用Hoek-Brown强度准则初步估算各岩组强度参数;恢复斜坡的原始地形并建立相应的数学力学模型,根据斜坡不同时期的变形演化特点,应用FLAC3D软件模拟斜坡岩体变形演化过程中应力场的空间分布特点,以此为基础进一步划分上述岩组,最后根据岩体所受的真实应力与Hoek-brown准则估算新分组后的斜坡岩体强度参数,得出更加符合实际情况的强度参数。

砂岩强度的估算研究及应用——以南水北调中线安阳段为例

为了获得合理的施工设计岩石强度参考值，以南水北调安阳段砂岩为例开展了3种岩石强度估算方法的研究：1）引进标准条件下风钎钻进时间作为指标来估算岩石的单轴抗压强度；2）收集已有成果给出利用波速估算岩石单轴抗压强度的公式；3）根据试验数据拟合出安阳地区点荷载强度与岩石单轴抗压强度间的经验关系式。通过上述方法得到了3种不同的岩石强度估算公式，并以AY33＋600为例，综合利用所得公式进行了砂岩强度估算，发现这3种方法吻合度很高，且与砂岩室内试验强度值间的误差为2％～9％。上述公式在安阳段的应用解决了原设计方案中围岩分级不准的问题。

岩体结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算方法研究

结构面表面形态在一定程度上控制着岩体结构面抗剪强度等宏观力学特性。目前,已有的粗糙度评价方法可在一定程度上有效描述结构面起伏形貌特征,但亦存在一定不足。针对定法向荷载作用下完全吻合的结构面,开展结构面粗糙度评价与峰值抗剪强度估算方法研究,为结构面稳定性评价提供依据。(1)提出了结构面三维粗糙度评价参数PAP,即结构面的所有潜在接触部分在垂直于剪切方向的面的投影面积与结构面水平投影面积之比为PAP。PAP不仅反映了结构面在剪切方向上的几何形态,更与结构面抗剪强度存在一定函数关系。基于PAP开展结构面的粗糙度评价分析,结果表明:PAP可表征结构面粗糙度的各向异性及点间距效应;且PAP分别与Grasselli法、反算法获得的粗糙度评价结果具有较好的线性相关性。(2)基于Patton模型推导了三维结构面单个“齿面”的抗剪强度估算公式,借鉴反算法之思想,提出了结构面粗糙度评价参数SFR。SFR指结构面所有潜在接触部分可提供的抗剪切力之和,与其水平投影面可提供的抗剪切力之比(假设结构面及其水平投影面的残余摩擦角一致)。实例研究表明:与坡度均方根Z2相比,基于SFR与反算法获得的64条轮廓线粗糙度评价结果具有更强线性相关性;SFR可表征结构面粗糙度的各向异性及点间距效应;选取的各人工结构面在相同剪切方向的SFR随法向荷载的增大而减小,此与反算法评价结构面粗糙度具有相似规律;与Grasselli法对比,基于SFR与反算法获得的粗糙度评价结果具有更强的线性相关性。(3)结合广泛应用于工程实践并符合莫尔库伦准则形式的JRC-JCS模型,根据6组(共30个)人工结构面表面形态测量数据及其直剪试验数据,提出了分别考虑PAP,SFR的结构面峰值抗剪强度估算模型,即PAP模型与SFR模型。针对30个人工结构面试样,其峰值抗剪强度试验值ttest与估算值tPAP,tSFR(由PAP模型、SFR模型估算)均具有强线性相关性;针对11个天然结构面试样,其峰值抗剪强度试验值ttest与估算值tPAP,tSFR亦均具有较强线性相关性;且抗剪强度估算值tPAP,tSFR与试验值ttest相对误差平均值davg分别为16.33%,15.32%;对比Grasselli模型、PAP模型、SFR模型获得的抗剪强度估算结果更接近试验值。(4)基于PAP,SFR开展鸡尾山滑坡滑动面粗糙度研究,结果表明:针对同一结构面样品,基于PAP,SFR获得的粗糙度评价结果具有较强相似性;不同结构面样品的粗糙度评价结果在一定程度上亦具有一致性(均沿剪切方向附近的粗糙程度最低)。基于PAP模型、SFR模型开展滑坡滑动面抗剪强度参数研究,结果表明:基于2个模型获得的滑动面抗剪强度参数较接近,并均介于前人提出的最大值与最小值之间。分别应用关键块体理论及数值模拟技术分析鸡尾山滑坡稳定性,进一步佐证了基于PAP模型及SFR模型估算结构面抗剪强度的可靠性。

利用压缩波速度估算混凝土强度时提高其精度的方法

在混凝土结构物的安全诊断和维持管理中,一般采用无损检测(NDT)法.其中最普遍使用的是机械冲击共振法、超声波压缩速度法以及两者并用的方法[1,2].由于混凝土的实际强度受很多因素的影响,无损检测的强度值与实际的强度之间往往存在很大的差异.本研究提出了利用超声波和冲击共振压缩波速度较准确地预测混凝土实际强度的估算方法.

基于深度卷积神经网络的大气湍流强度估算

提出了一种基于深度卷积神经网络估算大气湍流折射率结构常数C_(n)^(2)的方法。将湍流影响下的高斯光束光斑图像作为神经网络的输入,利用深度卷积神经网络提取图像的特征信息,得到C_(n)^(2)大小,并采用平均绝对误差、平均相对误差、均方根方差和相关系数四个统计量来衡量模型的估算效果。结果表明,该模型能够根据湍流影响下的高斯光束光斑图像对C_(n)^(2)进行估算,当迭代500次时,相关系数为99.84%,各项误差均在2%左右。该模型在大气湍流特性分析及大气湍流强度估算等领域有一定应用价值。

花岗岩风化料弃土快速堆填过程中不排水抗剪强度评估

沿海沿江城市地下开挖产生的工程渣土含泥量大、含水率高且较松散,主要运往渣土场进行堆填处置。由于产量巨大而处置场地有限,许多渣土场在运营过程中存在堆填速度快、缺乏排水设施、超高超库容堆填等问题,容易引发堆填体失稳事故。目前对于非饱和工程渣土堆体在快速堆填过程中的失稳机制认识尚不清晰,尤其是对这一过程中的高饱和度工程渣土强度增长规律缺乏足够的认识。以深圳红坳渣土场填料——花岗岩风化料(CDG)填土为研究对象,对不同初始饱和度土样进行三轴不排水不排气等向压缩和剪切试验,结果表明:非饱和CDG填土不排水抗剪强度随围压增大呈非线性增长,增长速率与试样初始饱和度密切相关;当土样压缩后的饱和度超过0.7,不排水强度随围压的增长速率显著降低。基于有效固结应力法的原理,结合Hilf孔压公式和修正剑桥模型,提出了一种工程渣土不排水抗剪强度估算方法,并通过与试验结果对比验证了该方法对初始饱和度高于0.6的CDG填土的适用性。利用该方法确定的不排水强度cu与正应力σn的关系可应用于高饱和度工程渣土快速堆填中的稳定性分析。

合金钢材疲劳极限估算的不确定性系统模型

钢材的疲劳强度是汽车零件进行疲劳强度设计及可靠性分析的必需数据,但国产的疲劳极限难以查找。分析疲劳强度估计的现状后,运用泛灰色不确定性系统理论,建立了疲劳强度估算的不确定性系统模型USM-1,给出了精度检验方法。编制了MATLAB程序,给出了实例。该模型不需要累加生成和累减生成,不仅适合于等间距建模,也适合于非等间距建模,具有精度高、使用简便等特点。

岩体强度参数新解及应用

针对Hoek-Brown强度准则的较复杂地质参数,提出利用Mohr-Coulomb强度准则参数替代。基于2002年版本的Hoek-Brown强度准则,并结合准岩体强度准则,建立了岩石力学参数和Hoek-Brown强度参数之间的新的换算关系式。经算例分析了换算关系式在已知的岩体强度参数条件下,计算出的Hoek-Brown强度参数均在其取值范围之内;并根据单因素控制变量法,得出地质参数m b、s随内聚力增加而减小,随内摩擦角增加而增加;地质参数α受内聚力和内摩擦角影响较小;并将强度参数新解法用于计算巷道围岩塑性区半径。结论是岩石力学参数对地质参数有一定的影响,并且强度参数新解法计算出的塑性区半径为支护定量设计提供理论依据。

根据2G信号强度预测3G信号强度的方法

本文通过研究2G系统和3G系统的链路预算的差别,提出了根据2G信号强度估算3G信号强度的一种便捷方法,并对该方法进行了仿真论证,通过与流行的传播模式预测的结果和实测值进行比较,验证了该方法的可行性。该方法对于3G系统的初期规划具有很好的工程指导意义。

外场试验激光信号估算方法研究

本文针对几种典型的激光照射目标，推算出了激光信号强度估算公式，纠正了一般参考书中出现的错误，并结合几个典型实例进行了估算。这些公式可应用于外场试验系统的技术指标论证中。

基于变减载率的光伏发电参与电网调频控制策略

新能源机组大量接入电网降低了电力系统旋转惯性和一次调频资源,导致电网运行时频率波动增大。新能源机组主动参与频率调节是缓解该问题的途径之一,为此提出一种基于变减载率的光伏发电机组参与电网调频控制策略,依据电网频率改变光伏机组减载运行水平,使其能够参与向上/向下的电网频率调节。该策略结合离线曲线拟合、在线功率跟踪和实时光照强度估算,能与最大功率跟踪算法无缝融合,并对曲线拟合误差有一定的鲁棒性。基于RT-LAB的半物理仿真结果验证了该方法的有效性。