武汉岩土所在深部岩体非线性力学行为不确定性研究方面取得进展

来源: 时间:2022-01-28

  深部地下工程岩体力学行为是岩石力学最重要的内容,岩体结构和性质往往具有不均匀性和不确定性,传统基于位移的动态反馈分析设计,在预测隧洞位移时常忽略岩体参数的变异性,将直接影响分析结果的可靠性。

  深部地下实验室已成为各学科重大基础性前沿研究的重要实验场所。中国锦屏地下实验室二期(CJPL-Ⅱ)位于中国西南部四川省锦屏山区,深埋2400米,是目前世界上最深的地下实验室(图1)。针对深部岩体的非线性力学行为,中国科学院武汉岩土力学研究所智能岩石力学组科研人员依托CJPL-Ⅱ的实验厅,通过长期现场监测,揭示了深部岩体变形、应力、开裂等非线性力学行为,建立了基于多元分布和相关向量机模型的隧洞位移概率预测方法(图2)。研究工作通过多元分布函数建立岩体参数随机变量的统计模型,识别参数间的相关性,综合采用相关向量机(RVM)模型、有限元数值模拟、蒙特卡洛(MCS)方法,估计岩体性质和隧洞位移的不确定性,并根据预测的隧洞位移计算隧洞的可靠度(图3)。在此基础上,采用参数敏感性分析方法,分析了输入岩体参数变异性对输出响应结果的影响,揭示了岩体参数相关性对隧洞位移和可靠度的影响规律(图4)。该方法提供了一种考虑岩体参数变异性与相关性的有效途径,基于相关向量机(RVM)与有限元程序耦合的方法,将不确定性计算方法应用于实际隧洞工程分析中,具有处理高维非线性问题的能力,可以用来描述深部岩体的非线性力学行为。

  本项针对岩体参数变异性及相关性的研究成果将为CJPL-II实验室稳定性评估、动态设计及长期安全运营提供直接支撑,也将为相似地质条件的高应力深埋隧洞安全建设提供借鉴。

  研究工作得到了国家自然科学基金(U1765206)、湖北省自然科学基金创新群体项目(ZRQT2020000114)项目的资助,相关研究成果发表在《清华大学学报》(自然科学版)、Geoscience Frontiers等学术期刊。

论文链接:http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.015

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167498712030284X

图1 中国锦屏地下实验室二期位置及布局图

 

图2 基于多元分布-相关向量机的隧洞位移的概率预测模型

 

图3 相关向量机模型预测隧洞位移概率密度函数

 

图4 (1)强度参数相关性对可靠度的影响(2)峰值与残余参数相关性对可靠度的影响

(文/图 智能岩石力学组)

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