基于块体理论进行隧道轴线走向优化的研究
几种常用隧道围岩分类方法的综合运用
几种常用隧道围岩分类方法的综合运用隧道围岩是指隧道壁面周围的岩石体。
如何对隧道围岩进行分类是隧道工程设计和施工的重要任务之一、本文将综合介绍几种常用的隧道围岩分类方法及其运用。
一、工程地质分类方法工程地质分类方法是根据围岩的物理力学性质和工程性质对隧道围岩进行分类。
常用的地质分类法有ZT-RMR法、Q系统法和GSI系统法。
1.ZT-RMR法ZT-RMR法是采用岩石力学(Rock Mass Rating，简称RMR)作为分类基础的方法，包括围岩强度、岩层切理、围岩耐候性、地下水情况和围岩支护情况等5个方面，加权得出RMR值，进而划分围岩质量等级。
2.Q系统法Q系统法是根据岩体的er值（评估岩体性质的一种指标）和岩压条件进行分类。
Q值是由地质参数与地应力之间的关系确定的，可作为评价岩体质量的依据。
该方法常用于大断面软弱围岩的分类。
3.GSI系统法GSI系统法主要依据岩体透气性、风化程度、裂隙发育度等进行分类。
与RMR系统相比，GSI系统能够更准确地评估围岩的强度。
二、地质装置分类方法地质装置分类方法侧重于分析围岩的结构特征和变形特征，常用的方法有分级法、变形能力法和结构影响范围法。
1.分级法分级法是将围岩根据断裂、节理和裂缝等结构特征分为不同等级，进而评估围岩的稳定性。
等级越高，围岩越稳定。
2.变形能力法变形能力法是根据围岩的变形能力和岩体强度划分等级，以评估围岩的稳定性。
变形能力较大的岩体等级较高。
3.结构影响范围法结构影响范围法是划分围岩质量等级的一种方法，通过分析断层、节理等对隧道围岩稳定性的影响，判断结构影响的范围和等级。
三、地质力学分类方法地质力学分类方法是将围岩划分为若干力学单位块，并对每个力学单位块进行力学性质和破坏特征的分析。
常用的方法有块体理论法、松软加载法和相容加载法。
1.块体理论法块体理论法是将围岩划分为多个力学单位块，并对每个块体进行分析，如稳定性判断、破坏特征等，以评估围岩质量。
隧道行位和滑块的关系
隧道行位和滑块的关系-概述说明以及解释1.引言1.1 概述隧道行位和滑块是地质工程中的两个重要概念，它们之间存在着紧密的关系。
隧道行位指的是隧道在地下的空间位置和方向，包括隧道的纵向位置、水平位置和曲线半径等参数。
而滑块则是指在地下工程中常见的地质灾害形式之一，指的是由于地层滑动而引起的地下结构破坏现象。
隧道行位和滑块之间的关系可以总结为：隧道行位的选择和设计往往受到滑块的影响。
在进行隧道工程设计时，必须充分考虑地下岩体的稳定性和滑块的潜在存在，以避免因滑块的出现而引发的地质灾害。
因此，隧道的行位选择应该在地质勘察和工程地质条件的基础上进行，充分考虑滑块的分布、规模和运动状态。
隧道行位和滑块的关系受到多种因素的影响。
首先，地质构造对隧道行位和滑块的影响是至关重要的，不同地质构造条件下滑块的形成和运动方式会有所差异。
其次，不同地质岩性和地层结构对滑块的形成和发展也有一定影响。
此外，地下水的分布和水文条件对隧道行位和滑块的影响也不能忽视。
综上所述，隧道行位和滑块之间存在着密切的关系。
只有在全面考虑滑块的存在和影响的基础上，才能选择合适的隧道行位，确保隧道的安全运营和工程的可持续发展。
对于地质工程领域的从业者来说，深入理解隧道行位和滑块的关系对于提高工程质量和减少灾害风险具有重要意义。
1.2 文章结构本文将按照以下顺序来探讨隧道行位和滑块的关系。
首先，我们将在引言部分概述本文的目的和总结。
然后，正文部分将分为四个小节，分别定义隧道行位和滑块，并深入讨论它们之间的关系，以及影响隧道行位和滑块的因素。
最后，在结论部分，对隧道行位和滑块的关系进行总结，并探讨其对工程实践的意义。
同时，我们还会指出研究的不足之处并展望未来的研究方向。
最后，我们将给出结论，总结全文的核心观点和主要发现。
通过以上结构的安排，读者将能够系统地了解隧道行位与滑块的关系，并在工程实践中获得一定的指导。
此外，文章中的引言和结论部分将帮助读者快速把握全文的重点和主旨。
基于块体理论的隧道优化设计方法探讨
（ １ ． 贵 州省 交通 规 划 勘 察 设 计 研 究 院股 份 有 限公 司 贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ １ ； ２ ． 贵 州 路 桥 集 团 有 限公 司 贵 阳 ５ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘 要
处 于 块 体 围岩 环 境 中的 隧 道 开 挖 过 程 中 产 生 的 临 空 面 ， 将 可 能导 致 “ 关键 块 体 ” 失 稳 后 产
此 该运 动形式 可不 考虑 。
ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ） ） ￣ 书 出版 ， 标志着 块体 理论 的形成 。该 理论 应用 于被 各种结 构 面切割而 成 的空 间镶嵌块 体中， 重点研 究 该 岩体 结 构 模 型 的破 坏 机 制 和工
程处 理措施 。
定 义 坐标 系 ＯＸＹ Ｚ， 规定 ｘ 轴指 向正北、 ｙ
一
＋９ ０ 。 ， 则 ａ 为 图中 Ｐ 面 与 水 平 面 的两 面
本 身 的强度破 坏 ； ③结构 体 为刚体 ， 不计 块体 的 自
身变形 和结构 面 的压缩 变 形 ； ④ 岩 体 的 失稳 是 岩
角， 则如 图 １ 所示 ， 因此 ， 任意产 状 的 Ｐ 面 都 可
轴指 向正东 、 Ｚ轴 铅 直 向 上 ， 记沿 Ｘ， ｙ， Ｚ轴 正 向
单 位 向 量 Ｈ， ＇ ， ， Ｗ， 见图 １ 。
王建宇 运用 块体 理论 中关 于滑塌 块体 构成
条件 的结论 ， 提 出 了一种 确 定 滑 塌体 出露 情 况 的 解析 方法 ， 可预 测滑 塌体 的 出露 部位 、 范 围及稳定 系数 等 。 隧道 支护 结构设 计 常基 于围岩 分级采 用工程 类 比法 ， 缺乏对 围岩 中结 构面产 状 的考虑 ， 根据 块 体理 论 ， 确定块 体 围岩 中（ 如Ｉ Ｉ Ｉ 级 围岩 ） “ 关 键 块 体” 分布范围， 对 该 范 围 围岩 进行 加 固 ， 可避 免 因
隧道中不稳定块体的预测模型
中国科技论文 Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ ＡＳ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｐ Ａ Ｐ Ｅ Ｒ
Ｖ ｏ ｌ ． １ ０Ｎ ｏ ． １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ５
隧道中不元２
（ 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室， 江苏徐州 ２ ； １ ． ２ １ １ １ ６ 中国矿业大学力学与建筑工程学院 ， 江苏徐州 ） ２ ． ２ ２ １ １ １ ６ 摘 要： 为了预测隧道建设中不稳定块体的位置， 分析了隧道中几种主要形式的节理面， 建立 ４ 种常见节理面计算模型， 按照不 利节理组合， 预测出不稳定块体的出露位置， 提出准危险块体的概念， 并运用块体极限平衡理论对准危险块体进行受力分析， 总 从工程的角度建立了一套确定不稳定块体的方法。 结出在洞顶和侧壁容易形成的潜在掉块节理和节理组合， 关键词： 隧道工程； 节理； 不利节理组合； 不稳定块体； 节理面方程 中图分类号： 文章编号： （ ） Ｔ Ｕ ４ ５ ７ Ａ ２ ０ ９ ５ ２ ７ ８ ３ ２ ０ １ ５ ０ １ ０ ０ ２ １ ０ ５ 文献标志码：
近年来我国高速公路发展迅速。 由于我国是多 山国家， 所以在高速公路建设过程中要修建大量的 山岭隧道。隧道的工程地质条件和水文地质条件复 ］ ］ １ ２ ４ 容 易 发 生 各 种 工 程 灾 害［ ， 如 塌 方［ 、 掉 杂多变， 块、 突水、 突泥等。 工程实践表明， 高速公路建设中 发生最频繁的灾害是掉块， 所以对不稳定块体的预 测预报尤为重要。虽然许多新的预报技术如地质雷 ］ ］ ５ ６ 达［ 、 数字照相［ 等已经应用于隧道建设或相关研 究中， 但现场比较常用的仍然是利用罗盘测量掌子 面上主要节理面的产状来进行预测。 目前也有学者 利用一些软件， 如ｗ ｅ ｄ 软件等来预测不稳定块体的 还有学者采用关键块理论对隧道围岩稳 出露位置， ］ ７ １ １ 定性进行分析［ ， 但用这些方法预测出的不稳定块 体出露位置往往和实际情况差别很大。 由于不稳定 块体的形成主要是岩体中不利节理组合所致， 因此 寻找危险块体主要是分析节理的延伸趋势和不利节 理组合。本文通过计算节理面方程， 确定了不稳定 块体的位置， 并对块体进行受力分析， 从而找出真正 的危险块体。
块体理论的研究进展
块体理论的研究进展马紫娟;郑龙;王文丽【摘要】块体理论是近几十年来发展起来的一种岩体工程稳定性分析方法.介绍了块体理论的基本概念,及其建立以来一些学者对其的研究进展,从而总结出块体理论下一步可能的发展方向,为块体理论更好地在岩体稳定性分析方面的应用起到积极的指导作用.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2016(032)008【总页数】3页(P55-57)【关键词】块体理论;概率关键块法;分形块体法;DDA【作者】马紫娟;郑龙;王文丽【作者单位】中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000;中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000;中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TU45目前，分析岩体稳定性主要有两个思路，一个是将岩体作为连续介质，以弹塑性力学作为主要基础进行研究，另一个则是将岩体看作非连续介质进行研究。
前者以深入了解岩体本构为前提，引进了有限元、边界元等解题手段，在分析复杂的岩石工程应力场和位移场等方面取得了重大进展，解决了许多工程实际问题。
但为了更好地研究地下工程周围出现的岩石冒落、边坡滑动和岩层移动等课题，必须充分考虑岩体的非连续性[1]。
考虑岩体非连续性的方法主要有离散单元法、块体理论、刚弹元法等，其中块体理论以其分析过程简便快捷，结果又能直接用于工程需求的优点得到广泛应用。
对块体理论的基本概念和进展进行了综述，并提出了其今后可能的发展方向。
块体理论是由石根华和R.E.Goodman于20世纪80年代共同创立[2]。
该理论认为，岩体是由断层、节理裂隙、层面以及软弱夹层等结构面和坚硬岩块所构成的非均质非连续体，并做了以下假设：(1)结构面为无限大的平面；(2)结构面贯穿研究的岩体，即不考虑岩石块体本身的强度破坏；(3)结构体为刚体，不考虑块体的自身变形和结构面的压缩变形；(4)岩体失稳是岩体在各种荷载作用下，沿着结构面产生剪切滑移。
传统块体理论分析的基本方法是依据由几何拓扑学推导而来的两大基本定理——有限性定理和可动性定理排除所有的无限块体和不可动块体，再通过运动学分析，找出在工程力和自重作用下所有可能失稳的块体，采用极限平衡理论对这些块体进行力学分析，确定出荷载作用下不稳定的块体，即关键块体并根据分析结果给出支护措施。
政府数字化转型理论与实践答案
政府数字化转型理论与实践答案数字政府一、建设数字政府，推进政府治理体系与治理能力现代化（一）世界各国推进数字政府建设的进程当今世界，正在经历一场更大范围、更深层次的科技革命和产业变革，互联网、大数据、人工智能等现代信息技术不断取得突破。
2018年以来，世界各国继续推进大数据战略布局，相关的政策内容已经从全局性的顶层设计阶段向各细分领域延伸，进一步推进了大数据与人工智能、5G网络、云计算等技术的融合发展。
2018年，美国先后发布了《数据科学战略计划》《美国国家网络战略》《美国先进制造业领导力战略》。
其中，当年9月公布的《美国国家网络战略》是15年来美国第一个全面阐述的网络战略。
欧盟在同年4月发布《欧盟人工智能战略》，5月公布《一般数据保护条例》，6月公布《地平线欧洲》。
此外在2018年年中欧盟还先后发布了《非个人数据在欧盟境内自由流动框架条例》《促进人工智能在欧洲发展和应用的协调行动计划》《可信赖的人工智能道德准则草案》等一系列政策。
其中，欧盟《一般数据保护条例》的颁布，被部分研究者称为个人数据保护的里程碑事件。
英国在2018年1月发布《数字宪章》，4月发布《产业战略：人工智能领域行动》，6月发布《国家计量战略实施计划》等一系列行动计划。
其中《国家计量战略实施计划》是相应于2017年3月发布的英国《国家计量战略》，共提出了五大目标及相应举措。
德国在2018年9月发布《高技术战略2025》，是德国未来高科技发展的战略框架，以“为人研究和创新”为主题，将研究和创新与国家繁荣发展目标相结合。
此外，德国重点围绕人工智能领域，在当年先后发布了《联邦政府人工智能战略要点》和《人工智能德国制造》。
法国在2018年3月发布了《法国人工智能发展战略》，7月发布《5G发展路线图》，9月发布《利用数字技术促进工业转型的方案》等一系列大数据战略相关的前沿技术政策。
日本围绕大数据发展，在2018年6月发布《日本制造业白皮书》《综合创新战略》《集成创新战略》，7月公布《第2期战略性创新推进计划（SIP）》等战略和计划。
《隧道工程》课程理论及实践教学方式探索
《隧道工程》课程理论及实践教学方式探索作者：孔海陵，王路珍，徐桂中，徐兵，张丹来源：《教育教学论坛》 2016年第39期孔海陵，王路珍，徐桂中，徐兵，张丹（盐城工学院土木工程学院，江苏盐城224051）摘要：针对盐城工学院城市地下空间工程专业《隧道工程》课程讲授过程中存在的不足，对《隧道工程》课程的理论与实践教学进行改革，以提高隧道工程教学质量，激发学生的学习兴趣和热情，培养学生的实践能力。
通过基本理论讲授与先修课程相结合，实行模块化教学，使学生更好地把握课程脉络，更好地掌握理论知识；理论教学与实践教学相结合，实行校企合作教学，使学生近距离认识和了解隧道，拓展学生视野，开阔学生思路，便于培养应用型人才。
在今后的教学过程中，拓展思路，进行新的实践探索，解决《隧道工程》实践教学环节中的问题和不足，提升人才培养目标，为我们的隧道设计和建设培养更具有适应性和应用性的人才。
关键词：隧道工程；理论教学；模块化教学；实践教学；校企合作中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）39-0207-02一、引言随着我国经济的高速发展，地面交通增长十分迅速，然而修建水平逐渐难以满足交通发展的需要，而隧道则是路面交通的有力补充。
近年来，随着我国公路、铁路及城市铁路事业的不断发展，隧道里程不断增加，因此有必要培养一批能熟练掌握隧道工程有关勘察、设计、计算、运营、管理等相关知识的应用型人才[1]。
针对这一目标，我校城市地下空间工程专业开设了《隧道工程》课程，这门课程为该专业的专业课之一，在本科教学培养计划体系中占有重要地位。
该课程的教学内容与基础工程、岩体力学与工程、岩土工程勘察、道路与桥梁工程概论、地下建筑结构等课程，以及建筑材料、工程施工组织与管理等技术领域相关，具有较强的实践性。
二、课程现状近年来，随着国内外隧道施工的大范围开展，新技术、新工艺、新方法不断涌现[2-5]。
教材中仍然讲授一些传统的施工技术、工艺和方法，必然与工程实际相脱节。
岩体稳定性分析的块体理论方法研究_李建勇
有限性定理：JP∩EP=Φ或 BP=Φ且 BP=JP∩EP。 可动性定理：JP≠Φ且 JP∩EP=Φ。 这两个定理已由石根华给予了严格的数学证明，故也称 为 石 氏 定 理 ，是 块 体 理 论 的 核 心 。 在 此 基 础 上 运 用 全 空 间 赤 平 投 影 和 矢 量 计 算 法 可 对 边 坡 、隧 洞 等 的 可 动 块 体 进 行 快 速 有 效 的 识 别 和 判 断 ；然 后 假 定 刚 性 块 体 沿 软 弱 结 构 面 脱 离 或 剪 切 滑 移 ，在 主 动 力 合 力 的 作 用 下 ，即 可 确 定 相 应 块 体 的 滑 动 模 式 ；最 后 根 据 结 构 面 的 内 摩 擦 角 识 别 出 真 实 的 关键块体。 经典块体理论为了理论的完备性，假定结构面为无限大 的平面，然而在实际工程中岩体结构面往往复杂多样，形状各 异，大小不同，位置不定，并且实际上也很难得到结构面的全 部信息；经典块体理论关于块体的刚性滑移模型的假定也是 对现实世界的高度抽象，实际工程岩体的物理力学特性复杂， 往往表现出弹塑性特征，而且块体失稳模式多样，滑移只是最 常见的一种失稳形式之一。
ì无限块体
块体 íï îï有限块体
ì不可动块体
ï í îï可动块体
ì稳定块体 ï í îï非稳定块体
ì潜在关键块体 íî真实关键块体
图 1 块体分类体系图
3 块体理论的典型发展
3.1 随机块体理论
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第27卷 第7期2010年7月 公 路 交 通 科 技Journal of Highway and Transportation Research and DevelopmentVol .27 No .7 Jul .2010文章编号:1002-0268(2010)07-0088-06收稿日期:2009-08-16基金项目:浙江省交通科技计划项目(2004H27)作者简介:杨文军(1980-),男,河南方城人,博士研究生,研究方向为道路、隧道和岩土工程试验及数值模拟.(yangwenjun168@hhu .edu .cn )基于块体理论进行隧道轴线走向优化的研究杨文军1,2,洪宝宁1,2,孙少锐1,2,陈显春3(1.河海大学 岩土力学和堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2.河海大学 岩土工程科学研究所,江苏 南京 210098;3.金丽温高速公路永嘉鹿城段工程建设指挥部,浙江 温州 325106)摘要:首先介绍了块体理论的基本原理和裂隙岩体结构面随机统计分析方法,并对遗传算法提出了改进措施。
进而结合3座隧道围岩的裂隙结构面特征参数值统计,运用关键块体理论和赤平投影解析法,模拟和分析了3组典型节理结构面下隧道在不同走向时关键块体的位置、大小及稳定性发生的变化,并与实际调查情况进行了对比分析,最后运用改进的遗传算法编程,推算出节理结构面在特征区间内隧道轴线的最优走向。
研究结果表明,借助关键块体理论及改进的遗传算法进行隧道轴线走向的优化是经济可行的。
关键词:隧道工程;隧道轴线;块体理论;优化;随机统计中图分类号:U452.2 文献标识码:AR esearch on Optimization for Axis Trend of Rock Tunnel Based on Block TheoryYANG Wenjun 1,2,HONG Baoning 1,2,SUN Shaorui 1,2,C HE N Xianchun 3(1.Key Laboratory for Geomechanics and E mbankment En gineering of Ministry of Education ,Nanjin g Jiangsu 210098,China ;2.Geotechnical Research Institute ,Hohai University ,Nanjing Jiangsu 210098,China ;3.En gineering Construction Headquarters of Yongjia -Lucheng Section of Jinhua -Lishui -Wenzhou Express way ,Wenzhou Zhejiang 325106,China )Abstract :First ,the rationale of block theory and stochastic statistical method of rock jointed structural planes were introduced ,and the r eformatory measur e of the genetic algorithm was brought forward .Second ,the change of the position ,size and stability of the key block in different tunnel trends in three gr oups of typical jointed structure planes were simulated and analysed based on the key block theory and stereographic projection method ,and the contrast with investigated situation was perfor med .At last ,the best tr end of the tunnel in the characteristic interval of fissure str ucture planes was programmed and reckoned by using the reformator y measure of the genetic algorithm .The results obtained sho ws that it is ec onomic and feasible to optimize tunnel 's axis by using key block theory and the modified genetic algorithm .Key words :tunnel engineering ;tunnel axis ;block theory ;optimization ;stochastic statistics 0 前言隧道轴线的优化选择是交通规划中至关重要的环节之一,隧道轴线的选择要综合考虑地质、地形、地貌、工程造价、移民搬迁等众多的因素。
而在地质方面,人们往往考虑的是岩体的分类以及地下水等因素,在施工期间才比较重视隧道围岩块体的稳定性及其预防措施。
其实隧道围岩的节理分布对隧道的稳定性、造价、施工等方面也会产生很大的影响,在规划阶段隧道选线时若能考虑比较周全的话,将对工程造价、施工等方面带来较大的帮助。
尤其对于山岭隧道效果更加明显。
在进行隧道轴线选线时,已知软弱结构面的产状之后,运用块体理论和赤平投影分析法,并结合遗传神经网络的方法进行隧道轴线走向优化、调整开挖面的走向,使其赤平投影域与开挖锥的投影有共同点的节理锥重量最小。
也就是说,进行隧洞洞线和断面的优化设计时,在已知结构面的产状、物理力学特性以及开挖面的几何参数后,可以结合考虑岩体初始应力场最大主应力的方向,调整隧洞的轴线走向,以使将来可能出现的关键块体最少,还可由此对隧道围岩超挖进行预测及评价[1],分析隧道各部位的稳定状况并据此进行锚固设计。
1 块体理论基本原理及岩石节理统计1.1 块体理论的基本原理及特点块体理论(Block Theory)[2-3]是在20世纪70年代中期由石根华先生提出的,采用数值流形方法,将材料体的边界、裂缝、块体和不同材料区域的交接面采用独立的数学覆盖和物理网格求解,已成为工程岩体稳定分析的一种很好的解析方法,在我国得到较广泛的应用。
块体理论是借助于拓扑学、集合论、几何学和矢量代数学,对块裂岩体稳定性进行分析的新方法。
其基本假定为:①结构面为平面并贯穿所研究的岩体;②结构体为刚体;③岩体失稳首先是岩体在各种荷载作用下首先沿着结构面产生剪切位移。
3个定理:①块体的有界性定理;②有界凸块体的可移性定理;③组合块体的可移性定理。
岩体是具有结构特性的材料,岩体的力学行为主要受岩体内结构面及结构体控制的[4],而岩体的稳定性是受岩体中的不连续面控制的[5]。
岩体中存在的结构面及其强度,往往控制着岩体的强度与稳定性。
块体理论的核心是寻找关键滑移块体。
关键块体理论就是通过己知结构面的产状、空间坐标等的地质勘察资料,分析和分辨出关键块体的形态、大小、位置和移动方向;然后再根据滑动面的物理力学特征,确定开挖临空面上所有的关键块体并计算出其净下滑力及安全系数,从而为工程岩体的锚固、支护等提供合理性建议[6]。
块体理论赤平解析法可以正确分析硐室围岩稳定性与岩体结构面的关系,这是目前弹塑性岩石力学做不到的。
它不是由力的平衡或几何协调出发来分析岩体的稳定性,也不从总体上去做应力-应变场分析,而是针对岩体中一般都存在结构面切割出块体这一共性,以拓扑集合论为基础,矢量分析和全空间赤平投影为手段,通过几何构形着力寻求并预报危险块体,最终为经济合理地加固岩体或开挖方位选择提供决策。
1.2 随机块体结构面参数的统计及分析方法由于结构面的组合是随机的,则由结构面切割而成的岩石块体为随机块体。
在隧道开挖面处,随机块体有可能成为关键滑移块体。
以节理为代表的结构面的产状、长度、间距等具有随机分布特点,结构面的倾角与倾向一般服从对数正态分布或正态分布,结构面迹长大致服从负指数分布、对数正态分布或Γ分布[7],通过概率统计学、计算机技术等,可以随机模拟生成节理网络;然后通过块体理论和几何学方法,搜索出随机块体;并对块体的形态、大小及空间分布特征等进行统计分析。
随机块体研究的主要步骤可概括为:(1)在现场地质调查的基础上,对研究区域的裂隙面进行统计分组,分析其产状变化范围。
根据正交设计理论,将统计得到的分组裂隙分别在不同方位与开挖面上进行组合,研究由结构面和开挖面切割形成的随机块体的出露特征。
(2)根据每一种组合的结构面产状,绘制结构面和各开挖面全空间赤平投影图,根据块体理论判别出各开挖面上关键块体的位置和大小[8]。
赤平投影可以将空间的点、线、面、体方便地在平面中表示出来,用赤平投影法分析围岩随机块体的几何特征比较直观、简捷,是一种方便的空间块体分析的方法。
(3)对关键块体的几何特征进行统计分析,以确定体积和埋深,同时计算关键块体在各类工况下的安全系数。
利用极限平衡法计算块体的稳定性,在求出可动块体重量及判断出可能的滑动模式后,便可进行稳定系数计算。
①可动块体直接塌落时,稳定性系数η=0。
②单面滑动时,稳定性系数η=cosδtan+ΔscG sinδ,式中,G为可动块体重量;δ为滑动面倾角;c、 为滑动面粘聚力和内摩擦角;Δs为滑动面面积。
③双面滑动时,稳定性系数η=G cosδ(sinδ2tan1+sinδ1tan2)G sinδ+(s1c1+s2c2)sin(180°-δ1-δ2)G sinδ,式中,δ为滑动结构面交线的倾角;δ1为交线法线与滑动面s1夹角;δ2为交线法线与滑动面s2的夹角;89第7期 杨文军,等:基于块体理论进行隧道轴线走向优化的研究 1、c 1为滑动面s 1内摩擦角和粘聚力;2、c 2为滑动面s 2的内摩擦角和粘聚力;其余符号含义同前。
块体重量:G =∑V γ,V =13h Δs ,式中,γ为岩体的重度;Δs 和h 分别为块体的底面积和高度。
2 遗传算法及改进遗传算法将问题的可能潜在解集经过基因编码转换成由一定数目的个体组成的种群,种群内部按照适者生存和优胜劣汰的原理逐代演化出越来越好的近似解。
在每一代中根据问题解域中个体的适应度选择个体进行交叉和变异,产生出代表新的解集的一代种群。
经过自然进化的后代将比前代更加适应于环境,最后一代的最优个体经过解码操作就可以得到问题的近似最优解。