隧道围岩变形破坏概率的SVM分析方法

以隧道周边收敛为准则构建了隧道围岩稳定功能函数的通用形式,分析指出了该形式在复杂地层隧道中的具体解析表达及其破坏概率求解方面存在的困难。引入具有较好拟合与预测能力的支持向量机(SVM)理论,建立了隧道周边收敛变形与岩体物理力学参数解析关系的高精度近似表达式,导出了其相应的功能函数。将该功能函数嵌入以验算点和可靠性指标收敛为目标、循环迭代、逐步逼近的响应面求解思路中,构建了在变形准则下的隧道围岩破坏概率分析步骤,形成了一种效率较高的新算法。采用该方法分析了某隧道围岩变形破坏问题,与Monte-Carlo法对比得出,该方法计算量远小于Monte-Carlo法,计算结果与其相对差值仅为2.42%。     

基于贝叶斯信息融合的岸桥有限元模型修正研究

为建立精确的岸桥有限元模型,研究了基于贝叶斯信息融合的模型修正方法.通过方差分析,确定待修正参数,利用中心复合试验设计获取样本点,根据有限元计算结果与实测的结果残差为目标函数获得响应样本.拟合样本点和响应样本值构建二阶多项式响应面模型,并检验响应面模型的精度.基于贝叶斯理论更新融合系数来优化响应面参数,从而获得修正模型.以宁波大榭3号岸桥为工程背景,对比修正后的模态频率和实测频率,最大频率相对误差不超过5%,进而验证了基于贝叶斯信息融合的动力学有限元模型修正方法的有效性.修正后的有限元模型可进一步应用于岸桥的健康监测和安全评估.     

基于静力响应面的结构有限元模型修正方法

提出了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法.运用响应面方法,将结构静力响应和结构参数之间复杂的隐式关系用显式函数近似表达出来;在此响应面模型(函数)基础上,通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正.阐述了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法的基本理论和一般实现过程.对两跨连续梁结构的静力模型修正数值算例分析结果表明:基于静力响应面的有限元模型修正方法可以减少结构有限元计算的次数、提高模型修正的优化效率,结构有限元模型修正结果具有可接受的精度.     

钝头机体用嵌入式大气数据传感系统的解算精度研究

针对一种钝头机体用嵌入式大气数据传感(flush air data sensing,FADS)系统的实施方案及求解精度展开研究.基于15°钝头体外形,在马赫数Ma=2.04,3.02,5.01,攻角α介于-5°和25°之间,不考虑侧滑角的情况下,采用势流理论及修正的牛顿流理论建立了该FADS系统的气动模型.首先利用经典的三点式算法建立了攻角的求解方案,并采用最小二乘曲线拟合的方法对误差进行了修正;随后建立相应的迭代衰减算法解算静压及动压,最后根据压力比与马赫数的关系求解马赫数.对解算的数据与实际飞行参数进行了比较,结果表明,建立的钝头机体用FADS系统的模型及算法精度较好,攻角绝对误差小于0.1°,静压相对误差小于5%,马赫数绝对误差小于0.01.     

钝头机体用嵌入式大气数据传感系统的解算精度研究1）

针对一种钝头机体用嵌入式大气数据传感(flush air data sensing,FADS) 系统的实施方案及求解精度展开研究. 基于15° 钝头体外形,在马赫数Ma = 2.04, 3.02, 5.01,攻角α 介于-5°和25°之间,不考虑侧滑角的情况下,采用势流理论及修正的牛顿流理论建立了该FADS 系统的气动模型. 首先利用经典的三点式算法建立了攻角的求解方案,并采用最小二乘曲线拟合的方法对误差进行了修正;随后建立相应的迭代衰减算法解算静压及动压,最后根据压力比与马赫数的关系求解马赫数. 对解算的数据与实际飞行参数进行了比较,结果表明,建立的钝头机体用FADS 系统的模型及算法精度较好,攻角绝对误差小于0.1°,静压相对误差小于5%,马赫数绝对误差小于0.01.     

基于频响函数提升小波总能量的桁架结构随机模型修正

为了解决模型修正问题中的随机性,构建了一种基于提升小波总能量的随机模型修正方法.首先,将结 构的加速度频响函数进行提升小波变换,并提取提升小波总能量来代替加速度频响函数;然后,以待修正参数作为输入,提升小波总能量为输出构建响应面代理模型代替原来的有限元模型;接着,运用蒙特卡洛抽样抽取响应样本,并设定阈值筛选响应样本;最后,以代理模型预测得到的响应和抽样所得真实响应之间的差值最小为 目标函数,通过布谷鸟优化算法寻优求解待修正参数的均值.算例表明,所提方法修正后参数的最大误差小于3.3％,相应的频响函数曲线重合度高.     

岩土力学参数概率分布的切比雪夫多项式推断

提出了较大样本岩土力学参数概率分布的切比雪夫多项式逼近法。基于数值逼近原理，直接根据试验样本矩，运用切比雪夫多项式推断岩土力学参数的概率密度函数，并用精度较高的K—S检验法，从理论上证明所求密度函数的正确性和实用性。该方法直接根据试验样本信息和统计方法推断，而不是事先假定成经典的理论概率分布，因此数学和物理意义更加充分。通过对各种经典分布曲线（正态分布、指数分布、对数正态分布等）数值检验，结果表明所得到的逼近表达式有很好的拟合性能。根据样本数据得出的某岩石抗压强度概率密度函数，与实际统计所得分布频率非常接近，可以满足岩土工程可靠性分析的要求。     

恒温法测爆热的快速系统辨识方法

为了降低经典恒温法爆热测量中出现系统故障而导致测量失败的风险，提出了基于故障前内桶水温升曲线辨识爆热值的测量方法。首先，分析了测量过程的传热机制，建立了量热计的传热模型，解算得到了各测量阶段的内桶水温升曲线；然后，基于系统辨识理论，提出了中间参数的辨识算法，并基于隔离易振荡参数的思路，给出了修正温升与爆热的快速系统辨识算法，通过误差分析证明了爆热辨识值近似收敛于经典值；最后，应用爆热值分布在4～9 kJ/g的8个炸药样品的实验数据对算法进行了检验，并提出了判断收敛时刻的实验判据。结果表明，辨识算法有效隔离了振荡参数的影响，对内桶水温度变化有较强的预测能力，爆热辨识值能在40 min（主末期1/3）内快速稳定地收敛到3.5%的相对误差上限水平内，实验判据能较准确地判断爆热辨识值收敛时刻。本方法理论上还可拓展至绝热法爆热值计算。     

基于仿射算法的深部隧道衬砌力学状态区间分析

根据深部地层隧道结构物理、力学参数信息资料缺乏及各类不确定性模型的特征，揭示了区间模型于深部地层隧道工程不确定性分析的优越性。将限制条件少、适用范围广的链杆模式的矩阵位移理论与响应面思路结合，提出了衬砌结构力学状态参量解析式的搭建方法，并进一步推导出了基于仿射运算的响应面函数矩阵表达形式及其区间上、下界计算公式，构筑起基于矩阵表达的响应面函数区间仿射运算模型。将区间离散逐步逼近规则引入，建立了该模型的优化求解方法。利用该模型及方法分析了某衬砌墙脚轴力及拱顶弯矩分布区间，与蒙特卡洛法计算结果比较，显示本文模型及方法有效地克服了经典区间方法在复杂状态函数中的扩张和溢出这一致命缺陷，提高了准确性和计算效率，分析结果精确度满足工程使用要求。     

用三维弹性力学方法研究圆板的稳定问题

用三维弹性力学方法研究任意边界条件圆板的轴对称稳定问题，利用Ｈ变换和Ｓｔｏｃｋｅｓ变换，导出位移函数及其偏导数的一种新型双重极数式，并由数学弹性定理论的基本方程和边界条件建立的特征方程，求得最小临界载荷的精确解，文末以简支圆板为例进行数字计算，结果表明：在弹性失稳范围内，三维弹性力学方法求得的临界载荷略低于经典理论的结果，对于薄板的弹性稳定问题，经典板理论有足够的精度。     

土石混合体重塑样制备及其压密特征与力学特性分析

基于土力学与岩石力学的实验室力学试验原理与方法,本文首先探索了土石混合体重塑样的制备、压密特性等问题,初步给出土石混合体重塑样制备的一个标准流程,并揭示了土石混合体的压密特性与机制,即土石混合体压密主要是土体的压密,但块石直接影响其压密效果,并指出本次试验土石混合体50锤次可达到的最佳压密效果,而压密机制随含石量增加而有所变化。运用高精度岩石试验机,首次进行了土石混合体的单轴压缩试验。试验表明,在无侧限条件下块石与土体无胶结,导致了试样实际承载面积减小,使其抗压强度与弹模反而低于土体； 而土石混合体中块石形成骨架结构的力学响应是土石混合体的一个重要的力学特性。     

INSTABILITY OF SHAFT EXCAVATION AND MECHANISM OF ROCKBURST

基于稳定性理论和弹塑性厚壁筒的解析解,研究了竖井开挖过程的平衡路径,并将屈服后的井壁压力--位移平衡路径曲线应用到围岩的稳定性分析.研究表明,竖井围岩的不稳定及其岩爆的发生不仅取决于岩石材料应力应变全过程曲线的峰后特性,还取决于竖井开挖过程对应的平衡路径曲线的类型.平衡路径曲线能够描述围岩结构加载屈服后的力学行为.平衡路径的曲线形状只可能有两种类型,一种曲线上的点都处于稳定的平衡状态,虽有塑性变形的累积,但不会失稳崩落;另一种曲线则发生极值点型井壁失稳并伴有位移突跳.竖井开挖过程的平衡路径曲线是判定围岩岩爆发生的关键因素.极值点型失稳和位移突跳是均质围岩中岩爆可能发生的一种力学机制.     

RELIABILITY ANALYSIS FOR IMPLICIT LIMIT STATE EQUATION

IntroductionMany available methods for calculating the failure probability have been presented for theexplicit limit state equation.But in most engineering problems,only numerical relationbetween the input variables and the output variables is known.It me…     

基于分形理论和Mori-Tanaka方法的颗粒土渗透注浆加固体性能预测方法及应用

在注浆加固工程中, 为了避免空间变异性导致的支护结构受力过大而失稳, 提出合理的注浆加固体刚度及强度预测方法十分必要. 本文利用分形理论描述颗粒土类型的隧道围岩的孔隙特征, 基于迂曲度经验公式建立了地层体孔隙率和面孔隙率的转换关系. 以体孔隙率为变量, 结合Mori-Tanaka方法, 提出新的注浆加固体的宏观刚度预测方法. 利用能量法求解连通孔隙不同屈曲半波分布形态下的临界载荷作为加固体的单轴抗压强度, 从而建立了新的注浆加固体的强度预测理论模型. 以玉京山隧道为工程算例, 将本文方法在FLAC3D中进行二次开发, 通过对不同的地层单元随机生成孔隙率, 并利用本文方法计算并赋予地层单元不同的物理力学性质, 实现了围岩空间变异性的模拟, 数值模拟和现场监测得到的隧道洞身水平收敛的最大绝对误差仅为8 mm. 数值模拟结果表明, 对玉京山隧道回填区域进行注浆加固可以降低50%~90%的围岩位移, 极大地降低围岩不良区域对应的支护结构弯矩, 降低支护结构扭矩至0, 并将支护结构变形控制在10 mm以内, 但注浆加固难以改变灰岩和回填体之间的载荷分配规律.      

工程因素对围岩稳定性影响三维数值模拟分析

结合某地下工程实际,运用FLAC^3D模拟了巷道断面形状、开挖面距离以及开挖顺序对巷道围岩稳定性的影响,并模拟了围岩深部多点位移规律。结果表明,相同围岩条件下,不同断面形状其力学效应不同,同一断面在不同围岩条件下变形不一样;围岩水平位移曲线随开挖面的距离呈“S”形,围岩水平最大位移主要发生在距开挖面后方 2倍巷道长径的范围内;Ⅲ级围岩深部位移影响范围约 2 .8～ 4 .3m,Ⅳ级围岩影响范围 6 .9～ 7.8m;对较大断面,分步开挖有利于围岩控制。     

爆炸荷载作用下围岩与地下结构的动力相互作用

利用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流固耦合计算方法，对炸药在地下拱形结构上方岩石中垂直爆炸过程进行数值模拟，借助波动理论p-u Hugoniot线对爆炸冲击波在围岩与结构之间的传播和加卸载过程进行理论分析；得到了不同跨度拱形结构与围岩之间的最大相互作用力及相互作用力分布图。研究结果表明:冲击波由高阻抗围岩向低阻抗混凝土传播时，围岩卸载，应力减小；反向传播时，岩石加载，应力增大；爆距为5 m时爆炸冲击波对40 m跨度拱形结构整体产生拉压震荡，引起的震动效应显著。     

不同应力差下非线性蠕变研究

深部工程处于复杂的环境场(应力场、温度场和渗流场)之中,引起的地下工程围岩流变破坏事故屡见不鲜。本文通过三轴蠕变实验,根据岩体流变力学和蠕变原理对影响深部岩体蠕变的因素进行了研究。用实验数据进行数值计算,得出了深部软岩巷道围岩在高地应力作用下的非线性蠕变模型,建立了应力差-时间-蠕变的定量关系,利用MATLAB软件得到了不同情况下的蠕变-时间曲线;应力差-时间-蠕变曲面。从而验证了非线性流变理论,找到了引起蠕变的主要因素应力差。并利用应力差理论分析了深部巷道围岩的蠕变破坏机理。     

岩石化学腐蚀-围压细观损伤本构模型与离散元模拟研究

基于Lemaitre应变等价性假设理论,假定受水化学-力耦合损伤的岩石微元强度服从Weibull分布,考虑化学腐蚀与围压耦合作用对岩石力学参数的影响,通过核磁共振技术与损伤力学理论,引入细观化学损伤变量与力损伤变量,并认为微元破坏符合SMP准则,建立岩石化学腐蚀-力耦合损伤本构模型,并采用理论推导的方法得出所需的模型参数。同时基于颗粒离散元方法,引入参数半径乘子来改变颗粒间的黏结接触尺寸,从而模拟水化学损伤,采用平直节理模型对水化学作用后的岩石进行三轴压缩模拟,得到了水化学作用和不同围压下的岩石三轴应力-应变模拟曲线。通过对比所构建的岩石化学腐蚀-力耦合损伤本构模型理论曲线、离散元模拟曲线和试验曲线,结果表明三者吻合度较好,能够很好地反映岩石在化学腐蚀和围压耦合作用下的力学特性与破坏特征,并通过离散元方法得到了岩石在三轴压缩过程中裂纹的产生与分布情况。     

岩体工程可靠性分析的响应面方法及应用

在岩体工程等复杂系统的可靠性分析中, 得到极限状态方程的解析表达式往往是非常困难的。本文提出了采用响应面方法结合数值试验对其进行拟合, 求系统的可靠度, 并应用于某地下岩体空间围岩稳定的可靠性分析。     

基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析1）

在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时，常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力，但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时，该方法难以适用.鉴于此，基于Drucker-Prager屈服准则，推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解，给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用，即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地，考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响，引入刚度折减系数，并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后，通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明：用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%，稳定期围岩压力比数值计算值大5%，可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值.