基于区间变量的响应面可靠性分析方法

通过对响应面方法、区间变量和地下结构不确定性特点的研究发现:(1)响应面方法在具有不确定性结构的静力响应分析中具有相当高的准确性;(2)地下岩体结构物理、力学参数及力学响应的不确定性特征非常适合通过区间数进行表达,但结构功能函数解析表达式往往很难直接求出。因此,对基于数理统计特征的响应面方法进行了改进,提出了基于区间变量的响应面函数形式选取,试验设计方法及函数解析式的拟合程序。在此基础上,根据函数中自变量的特点,研究了区间变量函数值域区间的求解方法。其中结合响应面函数形式,重点研究了同一自变量多次出现的函数形式的值域求解方法和具体计算程序。从而形成了完整的基于区间变量的响应面非概率可靠性分析方法,利用该方法分析了某一工程实例,展示了其有效性和可行性。     

《岩石力学与工程学报》2005年第3期被EI收录论文(28篇)(I)

No.论文题目作者名页码1边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用张均锋丁桦365–3702基于遗传算法的岩体结构面的模糊C均值聚类方法蔡美峰王鹏赵奎等371–3763岩体地下结构围岩稳定非概率可靠性的凸集合模型分析方法苏永华何满潮曹文贵377–3834龙滩工程岩石试件在拉伸条件下的变形特性试验研究代高飞夏才初晏成384–3885红山窑膨胀岩的膨胀和软化特性及模型研究朱珍德张爱军邢福东389–3936特殊软岩软化的微观机制研究周翠英谭祥韶邓毅梅等394–4007块状结构岩体在一般水压分布模式下的不连续变形分析姜清辉周创兵罗先启等401–4058金川二…     

地下硐室节理岩体区间非概率可靠性分析方法及应用

首先提出采用区间值表示岩体力学参数取值,以反映参数取值的不确定性特征,并根据参数取值特性建立出相应参数的区间值确定方法;其次,综合考虑地下硐室地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,在研究围岩稳定性进行分析的基础之上建立地下硐室节理岩体的区间非概率可靠性分析模型;然后,运用区间理论与一维优化算法求解非概率可靠性指标,并采用可靠性评价准则对地下硐室岩体稳定性进行综合评价。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用了可实现程序化的矢量分析法,应用数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状,力学参数等工程数据,依次分析各关键块体,得到滑动方向、区间可靠度等相关信息,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导 。     

区间分析方法在深部岩体工程中的应用

在深部巷道围岩力学分析和稳定性设计时,由于信息的有限性,影响围岩稳定性的基本参数只能确定其数值范围,很难得到大量的数据样本,确定其分布函数或隶属函数就存在很大的困难。因此,把岩体和支护物理力学参数当作区间变量,采用区间分析方法研究围岩的力学状态,较好地解决了上述困难。并提出了一种区间模型计算程序及其在深部巷道分析中的应用,研究的工程实例也显示该方法具有较好的适应性。     

基于区间理论的挡土墙稳定性非概率可靠性分析

针对现有可靠性分析方法的局限性与不足,首先,根据挡土墙岩土力学参数取值的区间性特征,引入区间分析理论,视挡土墙岩土力学参数为区间变量,在确定出挡土墙稳定可靠性分析的合理功能函数基础上,建立出基于区间理论的挡土墙结构稳定非概率可靠性计算模型;其次,针对区间运算结果扩张问题,引入区间组合法和改进区间截断法,建立出挡土墙稳定性非概率可靠性分析的区间运算方法,进而建立出基于区间理论的挡土墙稳定性非概率可靠性分析方法;最后,将该方法应用于工程实例,结果表明了本文方法的合理性与可行性,并探讨了岩土力学参数对挡土墙稳定性非概率可靠性指标的影响规律,具有一定的工程参考价值。     

非概率可靠性在轴压柱加固评估中的应用

将不确定参数描述为区间变量,建立非概率可靠性模型,结合应力–强度干涉模型,以集合可靠度度量非概率可靠性。采用子集内子区间抽样的方法,建立了非概率集合可靠度计算式,给出了具体的计算步骤,并对加固后的钢筋混凝土轴压柱进行了概率和非概率可靠度的对比分析。算例表明,不确定参数在区间均匀分布,非概率可靠性模型比概率可靠性模型计算结果保守。当不确定参数的信息较少时,非概率可靠性模型可以给加固后的轴压柱做出合理的可靠性评估。     

基于二次正交试验的隧道非概率可靠度方法研究

根据二次回归正交试验设计,研究隧道工程非概率可靠度问题。首先,构建了显式二次响应面功能函数,并对回归待定系数进行显著性检验,判断各不确定变量对响应面函数的影响程度。其次,将二次响应面函数与非概率可靠度分析方法相结合,把可靠度指标的解答转化为基于功能函数梯度信息的最优化问题求解。通过编写基于Rosen梯度投影法的MATLAB程序,获得响应面函数的极值区间,进而求得非概率可靠度指标。最后,应用该方法分析了某隧道工程拱顶围岩稳定可靠度,与概率可靠度结果对比,结果表明基于响应面法的非概率可靠度方法的可行性。     

非概率可靠性指标的区间计算方法

基于区间模型，探讨了非概率可靠性度量及分析方法，为结构的可靠性计算提供了一种可能的选择，并介绍了区间变量的概念和一般运算规则，然后，根据不同情况给出了计算非概率可靠性指标的5种区间计算方法。     

非概率响应面界限法在桥梁可靠性评估中的应用

桥梁结构中各种不确定性的存在加大了可靠性评估的难度,而且对于复杂桥梁往往难以获取相应的功能函数。本文针对上述问题提出基于非概率可靠性理论的响应面界限法,用于求解非概率可靠性指标,评估在役桥梁的可靠性,建立一套适用于在役桥梁的非概率可靠性评估流程。研究以三跨PC连续刚构桥为例,通过确定区间变量参数,利用Midas软件建立桥梁有限元模型;以中跨的跨中截面为控制截面,获取极限弯矩等参数,利用Matlab软件对获取的数据进行处理,并利用提出的响应面界限法求解非概率可靠性指标η,结果为η=1.157621,表明在役桥梁处于可靠状态。算例分析表明,基于响应面界限法的非概率可靠性评估方法,便于求解非概率可靠度指标,对在役桥梁进行可靠性评估具有较强的优势。     

基于区间截断法的地下结构模糊能度可靠性模型研究

根据地下结构稳定性影响因素的随机性和模糊性特点,首先,引进三角模糊数理论,建立地下结构物理力学参数的可能性分布函数,然后,在地下结构稳定性评价之模糊可靠性功能函数确定方法研究基础上,引进区间截断法和区间数运算规则,建立了功能函数值域区间的确定方法,并避免了功能函数值域的扩展问题,最后,通过研究地下结构模糊能度可靠性度量方法,建立了地下结构模糊可靠性指标的可能性分布曲线及其失效可能度的确定方法,从而建立了地下结构模糊能度可靠性分析模型与方法。工程实例分析与计算结果表明了本文模型和方法的合理性与可行性。     

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

 金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。     

软弱夹层厚度模拟实用方法及其应用

 围岩中分布的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性、支护结构安全性有着重要的影响,以软弱夹层的变形、强度等效为出发点,基于接触面单元和软弱夹层影响带概念,提出一种在固定的有限元网格中模拟不同厚度的软弱夹层的实用化模拟方法,并初步验证该方法的合理性、正确性、实用性;利用提出的模拟方法,以奥地利岩土工程有限元分析软件FINAL为平台,系统分析地下洞室分别位于II,III,IV级3种围岩,软弱夹层分别分布在顶部、拱肩、边墙3种不同部位,软弱夹层厚度分别为0.000D,0.005D,0.010D,0.020D,0.200D 5种厚度等条件下,软弱夹层对洞室围岩位移场、应力场、塑性区以及喷层结构受力的影响,着重讨论不同软弱夹层厚度条件下,围岩位移场、应力场、塑性区及喷层内力随夹层厚度的变化差异;总结当前试验条件下,软弱夹层厚度对地下洞室围岩稳定性与支护结构安全性影响的一般规律;研究成果可望为地下洞室的规划、设计、施工,尤其是遭遇软弱夹层等特殊工程条件下的设计、施工、维护等提供一定的参考与指导作用。     

溪洛渡水电站地下厂房岩体工程实践

 溪洛渡超大型地下洞室群玄武岩组内层间与层内错动带使得围岩非连续性和各向异性损伤问题突出,采用损伤弹塑性理论对围岩稳定性进行分析,以良好的施工组织与工艺水平对潜在的不稳定区域和地质缺陷部位实施精细化光面爆破,严格控制围岩的开挖损伤并保证岩梁等的优良成型。针对关键部位和地质缺陷部位进行补强加固并实施安全监测,利用现阶段监测成果对围岩稳定性预测进行检验,并对实际围岩安全性进行评价。针对典型复杂地下洞室的地质条件、稳定性分析、开挖与支护程序、安全监测成果分析等岩体工程实践环节的回顾,在设计理念和工程实施方面提出一些见解,可为类似超大地下工程实际提供直接借鉴。     

地下软岩工程可靠度研究

软岩工程是岩体力学研究领域的难点问题之一。影响地下软岩工程围岩稳定性因素比一般的岩体工程存在更大的随机性和不确定性 ,因此 ,在地下软岩工程围岩稳定性分析方法中开展可靠度方法的研究是非常必要的。本文分析了软岩工程围岩的物理和力学参数的随机性。根据煤矿地下软岩巷道特点 ,建立了在近水平层状力学介质中和似连续力学介质中这两类主要软岩巷道围岩在锚喷支护下的可靠度分析方程。工程实例分析验证本文的研究结论是可信的 ,展示了其广阔的应用前景。     

向家坝水电站地下厂房缓倾角层状围岩稳定分析

 向家坝水电站地下厂房跨度33.4 m、高85.2 m,为国内最大跨度与高度的地下厂房。缓倾角岩层中大跨度地下洞室群的开挖致使顶拱围岩稳定问题突出,为典型结构面控制型地下岩体工程。采取三维离散单元法与应力位移监测相结合的研究对策,对围岩稳定进行综合分析,实施对穿锚索和系统锚杆的加固对策,并基于监测成果说明厂房顶拱围岩在开挖加固后的稳定性。研究表明,浅至中等埋深结构面控制型围岩稳定问题必须加强工程地质分析,重视岩体的非连续性和各向异性,宜采用非连续介质力学分析方法进行分析,以实施针对性加固措施。     

基于围岩松动圈的地下工程参数场位移反分析

 受爆破松动影响,地下洞室开挖后围岩强度会有所降低,根据松动损伤程度将其视为一个连续的三维“参数场”。由围岩松动圈的形成机制,分析地下洞室开挖后松动圈的计算方法,提出考虑松动圈的围岩参数场增量位移反分析法。针对岩土工程反分析计算量巨大的实际问题,对反演计算过程进行了基于MPI的主从式并行框架改进,运用计算机集群网络进行并行计算,减少了迭代计算次数和计算耗时,极大地提高了计算效率。通过对溪洛渡水电站右岸地下厂房的参数反演,得到了较好的反演效果,验证了此法的可行性和合理性。依据反演得到的参数场对现有支护设计及洞室围岩稳定状态进行评价,并对后续开挖进行预测,为工程设计施工提出合理建议,为地下工程参数反演提供了一种新方法和新思路。     

正交各向异性岩体地应力计算的误差研究

准确的地应力实测资料是确定地下岩体力学性质,进行工程结构设计施工、围岩安全稳定性分析和科学化决策的必要前提和基础。然而,应力解除法求解地应力无法考虑非理想岩性问题,工程应用中采用的忽略或修正的处理方法必将造成较大的误差。根据有限单元法的原理,针对正交各向异性岩体,分别采用理想模型和正交各向异性模型开展了地应力求解研究。结果表明:岩体弹模会造成应力分量误差最大可达56%,第一主应力大小误差为15%~26%,方位角误差为30%~37%,倾角误差为23%~57%。     

地下硐室围岩应力状态及相关参数测量结果的分析与评价

在深埋及压力硐室工程中,采用水压致裂法测定围岩三维应力状态,宜首先判定围岩应力的分布状况。在具有应力松弛圈、应力集中区与不受开挖影响的正常应力分布域情况下,只有分别进行计算分析,才能更为真实地揭示出硐壁围岩的三维应力分布特征。对于确定压力硐室围岩自身承载能力的水力劈裂测试成果,只有结合裂隙性状、岩层结构状况等进行全面分析,才能准确评价围岩的抗载强度。由于在高压力作用下,岩体中存在的软弱结构面有可能被张裂或扩展,从而改变岩层的透水性,因此只有按照工程运行状态下围岩实际承受的压力进行高压压水测试,才能得到岩层透水性的可靠资料。