基于精细结构描述及数值试验的断续节理岩体力学参数智能选取
- 出版年：2010
- 作者：胡波
- 单位1：国网电力科学研究院
- 单位2：中国科学院 质与地球物理研究所
- 出生年：1980
- 学历：博士
- 职称：工程师
- 语种：中文
- 作者关键词：岩体力学；力学参数；岩体结构；断续节理；强度机制；模型试验；数值试验；人工神经网络
- 起始页：2160
- 总页数：1
- 刊名：岩石力学与工程学报
- 是否内版：否
- 刊频：月刊
- 创刊时间：1982
- 主管单位：中国科学技术协会
- 主办单位：中国岩石力学与工程学会
- 主编：冯夏庭
- 地址：北京市东黄城根北街16号
- 邮编：100717
- 电子信箱：rock@whrsm.ac.cn
- 网址：http://www.rockmech.org
- 卷：30
- 期：10
- 期刊索取号：P478.066 357
- 数据库收录：全国中文核心期刊；湖北省优秀期刊；中国科协优秀期刊；EI核心收录期刊；力学类总被引频次和影响因子居前列期刊；建筑科学与水利工程类国家核心期刊；中国百种杰出学术期刊
- 核心期刊：全国中文核心期刊；EI核心收录期刊；建筑科学与水利工程类国家核心期刊
摘要
岩体力学参数是岩体工程设计的基础，对工程的安全性和经济性有着巨大的影响。随着高层建筑、大型桥梁、地下工程、大型水利工程等的兴建，岩体工程事故屡屡发生，给人民的生命财产造成巨大的损失。很多岩体工程的失稳破坏或功能丧失都与设计过程中岩体力学参数的选择不当有关。“参数给不准”已成为岩石力学理论分析和数值模拟的瓶颈问题。合理而高效地选取岩体力学参数，对于工程设计及优化具有重要的理论意义和实用价值。本文采用现场地质勘察、理论分析、模型试验、数值试验及人工神经网络反演等多种方法相结合的方式，对断续节理岩体的强度变形机制进行系统研究，发展一套综合确定节理岩体力学参数的工作方法，实例分析表明该方法有良好的应用效果。主要取得了以下成果：（1）岩体结构测绘方面：以统计窗为基础，结合地质素描和数码摄像技术，补充发展一套岩体结构精细描述的现场工作方法，并应用于白鹤滩和锦屏一级水电站坝址岩体结构测绘，为进一步的计算和分析提供技术支持。（2）断续节理岩体强度理论分析方面：介绍节理面和岩桥各自的抗剪强度机制，补充总结直剪、单轴、压剪不同应力条件下断续节理的扩展方式。通过引入节理面、岩桥法线方向变形协调条件，分别推导出单组共面断续节理直剪、单组共面断续节理压剪和单组阶梯状节理压剪的强度准则，并建立其与莫尔-库仑准则的关系，将复杂的公式转化为常用的抗剪强度参数（c，ψ值），便于工程应用。（3）断续节理岩体模型试验方面：总结和归纳共面断续节理岩体直剪应力条件下的破坏方式，分析其在加载全过程中的变形、破坏特征，考察法向应力、连通率、节理分布形态等因素对共面断续节理强度及变形特征的影响，通过缩小带宽分析，估算断续节理岩体强度。模型试验发现，断续节理岩体破坏以脆性破坏为主，主要有6种典型的破坏方式，破坏形态与节理的排列方式、贯通性以及应力状态等因素密切相关。全应力-应变曲线主要经历了线弹性增长、节理面错动、次生裂纹起裂并稳态扩展、节理面贯通破坏和残余强度5个阶段；峰值和残余强度都随正应力的增大而增大，而变形特性随正应力的变化规律性不强；峰值强度随节理连通率的增大而减小，低连通率时强度下降速度慢；节理两边分布试样的强度普遍高于节理在中间试样的强度。对比发现，理论计算结果与试验值吻合较好。（4）现场岩体数值试验方面：分别介绍“基于现场地质测绘的离散元”和“基于高清晰数码成像识别技术的RFPA”2种岩体数值试验方法，并分别以锦屏一级和白鹤滩水电站坝址区岩体数值试验参数研究为例进行详细演示。最后，分析2种计算分析方法的优缺点和各自的适用范围。（5）ANN智能评估方面：分别对ANN和岩体力学参数评估的特点进行归纳和总结，探讨ANN在岩体力学参数评估领域的应用前景。并以锦屏一级水电站坝址区岩体力学参数ANN智能识别为例，从样本选择、网络设计、权初值、学习速率和期望误差5方面讨论需要注意的若干问题。通过对2个大型水电工程坝址区岩体力学参数的研究，验证本文的成果。