基于灰色-尖点突变理论的砂岩破坏前兆研究

【目的】为探究砂岩失稳破坏灾变前兆信息,【方法】采用MTS刚性压力机开展了砂岩单轴加载试验,利用声发射监测系统对加载全过程进行实时探测,并对加载过程中砂岩的弹性应变能、耗散应变能、损伤变量演变特征进行详细分析。此外,基于灰色-尖点突变理论构建了声发射能量参数的尖点突变模型,系统分析了岩样失稳破坏过程中分叉集的响应特征。【结果】结果显示:在耗散能的驱动下,岩体出现损伤破裂,储能能力降低,且岩体能量、强度以45°裂缝倾角为转折点,随裂缝倾角的增加出现先减少后增大的现象。在塑性变形阶段,分叉集出现明显的突变,突变点对应的前兆应力大多占峰值应力的比例达75%以上,对应的前兆时间占失稳时间的比例达75%以上。【结论】结果表明:在耗散应变能的驱动下,岩样进入塑性变形阶段,岩样系统的状态也由稳定向非稳定转变,并在灾变前分叉集判别指标F出现突变,揭示了分叉集判别指标F作为岩体失稳前兆指标具有较强的普适性和较好的时效性。

崩塌的灰色-突变预测

应用声发射技术结合现代工程数学手段,建立了边坡崩塌的预测预报模型,并应用于实际工程中,取得了满意结果。

某隧道穿越富水断层破碎带围岩大变形成因分析及稳定性预测

为保证隧道穿越富水断层破碎带施工安全,在福宜高速阳宗隧道左幅ZK42+845至ZK43+050段围岩大变形成因分析基础之上,采用灰色-尖点突变理论和SSA-ELM智能模型对围岩稳定性现状及发展趋势进行了评价;此外,结合隧道围岩大变形成因有针对性地进行了支护加固,并对加固后的围岩稳定性进行了全面分析。研究结果表明:阳宗隧道研究区段围岩大变形与断层富水、围岩微膨胀性及高地应力密切相关,由突变特征值Δ<0及SSA-ELM模型变形预测综合分析可知,该段围岩具有塌方等安全风险,采用径向注浆、超前注浆支护、加强锁脚及垫脚槽钢、调整变形量等有效措施,控制了穿越富水断层段隧道围岩的变形,使得围岩整体受力更加均衡。工程实践表明,将灰色-尖点突变理论与SSA-ELM模型综合运用可准确有效地评价与预测围岩稳定性。