小样本岩土参数概率分布的正交多项式推断方法

实际工程中的岩土参数往往是小样本情况,利用经典概率分布（如正态分布、对数正态分布、贝塔分布、威布尔分布等）推断其最优概率类型时,存在样本分布区间不匹配、限定范围选择和单峰值概率分布函数无法反映参数随机波动性等三个未解决的基本问题。为此,选取了五种不同取值区间,利用10组小样本岩土参数的实测样本,以勒让德多项式和第二类切比雪夫多项式对岩土参数的概率分布函数进行推断,利用K-S检验法对所得的概率分布函数进行检验。通过区间取值匹配、拟合检验值和累积概率值的比较,提出了以3σ原则为基础,同时考虑偏度进行调整的积分区间确定标准。研究结果表明：以有限比较法原理确定最优概率分布的阶数,所得最优概率分布能够反映小样本数据的随机波动;而且正交多项式推断方法所得概率分布函数的检验值均小于传统分布的检验值,说明所得分布更加符合岩土参数的实际情况。     

非线性法向变形节理对岩体电磁辐射传播 的影响研究

 为了明确非线性节理对岩体电磁辐射传播过程中强度的影响,从压电效应机制出发,给出含石英等压电介质岩体在应力波作用下所产生的电磁波与入射应力波之间的关系。并依据两者之间的关系及应力波在非线性节理面的透反射解,获得应力波作用下岩体电磁辐射强度变化与节理参数之间的关系表达式。同时,研究节理的变形和入射波频率对电磁辐射强度的影响。结果表明,在震源中心,电磁辐射强度最大,随传播距离发生衰减。电磁辐射强度随节理变形增大而增大;并且随着传播距离的增大,高频电磁信号衰减比低频信号衰减要快得多。     

单轴循环冲击下岩石的动力学特性及其损伤模型研究

利用改进的大直径SHPB试验装置,对花岗岩试件进行单轴循环冲击压缩试验,分析花岗岩在循环冲击载荷下的力学特性及能量吸收规律。通过基于Weibull分布的动态统计损伤模型计算岩石的累积损伤,结合试验曲线分析岩石累积损伤的演化规律。研究结果表明：随着冲击载荷循环作用次数的增加,变形模量变小,试件的屈服应变增大,峰值应力呈降低趋势。岩石的累积比能量吸收值随着冲击次数的增加而增大,且试件破坏前其值增加缓慢,试件破坏时其值急剧增大。基于Weibull分布的动态损伤本构模型的计算曲线与试验曲线具有较好的一致性,该模型能反映岩石的强度与应变、应变率的关系。累积损伤随着循环冲击次数的增加而增大,其增加速率由小变大,试件破坏前累积损伤的增加较为平缓,其主要增量由最后一次冲击破坏产生。     

加权距离判别分析法在岩体质量等级分类中的应用

距离判别分析法是一种按多指标性能参数进行分类的方法,已被应用于工程岩体质量的等级分类中.但传统的距离判别法对各个指标的重要性同等对待,夸大一些微小变化指标的作用.因此,采用加权马氏距离对样本中各指标进行加权处理以区分其重要性.首先对工程岩体质量指标运用主成分分析思想,计算出一组新的指标参数和与之对应的反应原始指标信息的贡献率,以贡献率组成对角阵作为权值矩阵;然后把数据标准化处理,计算加权马氏距离判别岩体质量等级.将该方法应用于工程实践,并与人工神经网络法、距离判别法进行比较.研究结果表明,加权距离判别分析法具有更高的判别能力,是一种准确有效的岩体质量分级方法.     

露天采矿爆破振动对砌体结构破坏效应预测的Fisher判别模型及应用

 应用Fisher判别分析理论并结合工程实际特点,从爆破振动特征参量和砌体结构自身特性这2个方面出发,选取峰值质点振动速度(PPV)、爆破振动主频率、主频率持续时间、灰缝强度、圈梁构造柱、房屋高度、屋盖形式和砖墙面积率8个影响因素作为判别因子,建立爆破振动对砌体结构破坏效应预测的Fisher判别分析模型。将该方法应用到湖北一露天采场爆破振动对砌体结构破坏效应预测问题中,利用现场实测的108组数据进行训练和检验,回判估计的误判率为0.083,通过求解判别函数,认为峰值质点振动速度为最重要的判别指标,其后依次为圈梁构造柱、屋盖形式、砖墙面积率、房屋高度、爆破振动主频率、主频率持续时间和灰缝强度,可以为同类工程在选取爆破振动对砌体结构破坏效应的判别指标方面提供参考。利用其他12组现场数据作为预测样本进行测试,预测结果与实际情况吻合较好。研究表明,该方法回判估计的误判率低,判别性能良好,是爆破振动对砌体结构破坏效应预测的一种有效新方法,可以在实际工程中进行推广应用。     

红砂岩单轴压缩试验的率效应研究

利用MTS 322试验机对均质红砂岩进行了低加载（应变）率范围内不同量级的单轴压缩试验,考察了加载率对压缩强度、切线弹模和破坏应变的率效应影响规律。试验过程中采用位移控制加载,对应的加载量级分别为0.12,1.2,12,120 mm/min。研究结果表明：位移控制加载率与试样实际加载率、应变率之间均存在良好的线性关系。不同加载速率下岩石材料的单轴压缩强度、切线弹模随着加载率的增加呈现增加趋势,单轴压缩强度增加了11%,切线弹模增加了13%,率效应显著。通过试验数据发现,破坏应变与应变率（加载率）之间无相关性,不具有率效应规律,故强度准则应该是应力准则而不是应变准则。     

基于主成分分析与距离判别分析法的突水水源识别方法

矿井突水是采矿生产过程中威胁最大的自然灾害之一,快速有效地判别矿井突水水源是采矿工程安全生产的重要保障。选取7种水化学成分指标作为突水水源识别的样本变量,采用主成分分析与距离判别分析相结合的方法建立了突水水源判别模型。以淮南老矿区谢一煤矿不同水层的水化学特征资料中的33个为学习样本,11个为预测样本,对该方法进行了检验和应用,并与现有的灰色关联度判别模型、Bayes判别模型的判别结果进行分析比较。研究结果表明:基于主成分分析与距离判别方法的突水水源判别模型其回判准确率为95%,预测正确率为91%,为矿山突水水源的识别提供了一种新方法。     

基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律

根据岩体的非均匀性和存在初始裂纹的特征,在二维有限差分程序中建立了非均质体二维模型,并在模型中考虑初始裂纹的影响,利用程序中的自带编译语言,实现了服从不同分布的初始裂纹的长度和角度的赋值。在模型中,利用亚临界裂纹扩展理论描述与时间相关的裂纹亚临界扩展过程,计算过程可体现裂纹扩展的时间效应,从而实现对所模拟结构的寿命预测。模型中裂纹的扩展方式假定为形成翼型裂纹的形式,利用翼型裂纹的简化模型对裂纹的扩展尺寸,应力强度因子等参数进行计算。在每一计算步中,每个单元中的裂纹扩展方向与该时刻单元所受应力情况相关,应力强度因子与该单元所受应力大小及翼型裂纹简化长度相关。利用该模型对高地应力条件下孔洞开挖卸荷导致围岩破坏的过程进行模拟,分析了深部岩体开挖导致的围岩破坏规律,对不同的孔洞形状和初始裂纹的分布情况分别进行了分析,计算结果显示了非连续破裂的形成与初始裂纹角度分布的关系:分区破裂的表现形态与初始裂纹和最大压应力的夹角相关,并且不同初始裂纹角度均值也会导致围岩破裂时间不同。通过建立的多种孔洞形状开挖模型,对不同孔洞形状围岩破裂形态及破坏时间的规律进行总结,发现相同计算步数内方形孔洞周边围岩处破坏单元数量最多,圆形孔洞周边围岩破坏单元数量最少。研究结果证实了裂纹的分布对孔洞周边围岩破坏形态的影响,对裂纹扩展的时间效应的分析可实现对围岩破坏程度和范围的预测,可为深部高地应力条件下诱导致裂非爆连续开采的实施时间和方式提供指导。     

推断岩土参数概率分布的二维正态信息扩散法

提出推断岩土参数概率分布的二维正态信息扩散法。基于正态信息扩散原理,并考虑二维岩土参数的相关性,建立了二维正态信息扩散法模型的一般表达形式。结合K-S检验法的原理和二维岩土参数的分布特点,提出了一种改进的二维分布K-S检验法和具体的检验步骤。以某水电站工程中的二维抗剪强度参数作为实例,利用二维正态分布和二维正态信息扩散分布对实际数据的分布进行了拟合比较,并利用二维K-S检验方法进行了检验。研究结果表明,二维正态信息扩散分布的检验值要低于二维正态分布的检验值,二维正态信息扩散分布函数更加接近实际数据的分布,表明二维正态信息扩散分布在描述岩土参数概率分布方面更有优势。研究结果也表明,二维正态信息扩散函数的边缘分布同样服从一维正态信息扩散分布,并且其精度同样比一维正态分布高。     

基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性判据

在考虑岩石加载全过程中能耗特性的基础上,提出一种基于线性储能规律和剩余弹性能指数的岩爆倾向性新判据。选用14种岩石(包括6种花岗岩、2种大理岩、4种砂岩、1种板岩、1种灰岩)进行不同应力水平下的单轴压缩一次加卸载试验,利用图形积分方式获得岩石试样在不同卸载点处的总输入能密度、弹性能密度、耗散能密度值,分别考察弹性能密度、耗散能密度和总输入能密度之间的定量关系,得到弹性能密度和总输入能密度之间的线性函数关系,发现储能系数(不同应力水平下弹性能密度和总输入能密度的比值)为定值的线性储能规律。在此基础上,提出一种计算岩石材料在峰值强度时储存在岩石内部弹性能的方法,改进了峰值能量冲击性指数的计算公式,进而建立一种基于剩余弹性能指数(峰前弹性能密度和峰后破坏能密度的差值)的岩爆倾向性判据。依据岩石试验破坏情况,提出基于定性指标和定量指标的室内岩石材料岩爆等级划分标准。研究结果表明,依据岩爆倾向性新判据所得判别结果和岩石材料实际岩爆倾向性等级比较一致,为从岩石材料全加载过程中能耗特性方面分析岩爆倾向性提供了一种新方法。