岩石力学-岩石力学-位移反分析法
岩石力学的研究方法
岩石力学的研究内容水利水电建设1、坝基及坝肩稳定性，防渗加固理论和技术；2、有压和无压引水隧道设计、施工及加固理论技术；3、大跨度高边墙地下厂房的围岩稳定及加固技术；4、高速水流冲刷的岩石力学问题；5、水库诱发地震的预报问题；6、库岸稳定及加固方法采矿工程1、露天采矿边坡设计及稳定加固技术；2、井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题；3、矿柱稳定性及采场结构优化设计问题；4、软岩巷道和深部开采技术问题；5、矿井突水预测、预报及预处理理论和技术；6、煤与瓦斯突出预测及处理理论和技术；7、岩爆、岩爆预报及预处理理论和技术；8、采空区处理及地面沉降问题；9、岩石破碎问题铁道建设工程1、线路边坡稳定性分析；2、隧道设计和施工技术；3、隧道施工中的地质超前预报及处理；4、高地应力的岩爆理论及处理；5、隧道人口施工技术及洞脸边坡角确定和加固措施其他研究领域1、核电站建设中核废料处理技术2、石油开采中井损防治及采空区地面变形问题3、山城及高层建筑的地基问题4、地层热能资源开发技术问题5、地震预报中的岩石力学问题岩石力学发展展望从事物的必然性出发，根据试验建立模型，处理本构关系，在特定的有限的条件下求解----正向思维将岩体也视为一个不确定系统，用系统思维、反馈思维、全方位思维(包括逆向思维、非逻辑思维、发散思维甚至直觉思维)对工程岩体的行为进行研究----逆向思维理论分析、数值模拟、参数测定---确定性方法将工程岩体看成为“人地系统”。
用“系统”概念来表征“岩体”可使岩体的“复杂性”得到全面科学的表达。
岩石或岩石工程系统不仅是因为多因子、多层次组合而具有“复杂性”，而且还在于他们大多具有很强的“不确定性”，即模糊性和随机性---非确定性系统分析方法土、岩石与岩体的力学性质弹塑性本构模型理论地应力及其测量岩石与土的流变性质岩土工程数值分析方法岩土工程反分析方法岩土工程随机分析及可靠度设计岩石力学的研究方法1、地质研究方法着重研究与岩石的力学性质和力学行为有关的岩体岩石岩相岩层特征的研究如软弱成份，可溶盐类，化成份以及原生结构岩体结构研究软弱面的起伏度，结构面的充填物等等环境因素研究如地应力成因和展布，地下水性态，水平地质条件等等2、物理测试方法利用物探技术探查岩体的力学性质结构探测采用地球物理方法和技术来探查各种结构面的力学行为环境物理量测如地应力机制，渗透水系量测等等岩石物理力学性质测试如室内岩块的物理性质，力学性质，原位岩体的力学性质，钻孔测试，变形监测以及位移反分析确定岩体和岩性参数等等3、力学分析方法力学模型、数值分析、模拟分析力学模型研究包括弹塑性模型，流变模型、断裂模型、损伤力学模型、渗透网络模型、拓扑模型等等数值分析方法如有限元法，边界元法，离散元法，系统分析法和设计施工风险决策的人工智能专家系统等等模拟分析如光弹应力分析，相似材料模型试验，离心模型试验4、整体综合分析方法综合多种分析手段进行系统分析岩石力学的诞生是以解决岩石工程稳定性问题和研究岩石的破碎条件为目的而诞生的。
第八章岩体工程中的反分析方法
① 必须是假定μ 值及σ
y
0值
② 没有考虑设置测点之前已发生的位移,因而洞内设置测 点时间不同就会得到不同的反分析结果:
③ 有支护情况下必须多次迭代,增加了计算时间,并且不能 考虑不同支护时间的影响:
④只有围岩已趋于稳定,取得最终位移值的情况下,才能得 到正确的结果.因而不能对正在施工的隧洞进行预测. 二、考虑支护（衬砌）的反分析（分别对围岩及支护进行反分 析的方法）。
象以上类似的方法就叫做正反分析法。例如设初始地 应力分量（空间问题有六个）单独作用时引起的某点的应 力分量为Uk（ k =1,..6),则该点的总位移即为实测位移U* 为 6
U* Uk k 1
1
而每一个应力分量中，单位应力分量为Uk（这可计算 出来），则
U k Ak uk (2)
一、反分析（Back Analysis)的分类
1、所求解问题分
（目前主要是指参数反分析 ） 2、按计算原理的特点 3、按计算方法分
｛ ｛ ｛
参数反分析 模型反分析 正反分析法 逆反分析法 数值反分析法 解析反分析
4、按测量的来分
｛
位移反分析：目前用的最多 应变反分析 应变反分析
5、按是否采用其他数学力学方法分
* u -1 *
只要量测位移U*总数大于或等于未知量的总数，就可以解出
P及E等未知参数
三、线弹性反分析有限元法（介绍楼井春辅方法） 有线元法的基本方程为：
K U P
这里P 沿开挖表面上由初始地 应力引起的等效释放荷 载
对二维问题初始应力为
0
0 x 、
u1 y u2y u3y u4y
x0 u1xy E R u 2 xy y0 R u 3 xy E 0 u 4 xy xy R E
5岩体工程中的反分析方法
5岩体工程中的反分析方法岩体工程中的反分析方法是指在岩体工程设计和施工过程中，通过对已有的地质调查和岩体工程工程数据进行分析，推导出岩体参数和设计参数之间的关系以及可能的工程风险，从而对整个工程进行风险评估和优化设计的一种方法。
反分析方法在岩体工程中具有重要的意义，可以帮助工程师更加全面地了解岩体状况，正确评估岩体强度和稳定性，提高岩体工程的施工效率和质量。
一、岩体工程反分析的基本原理二、岩体工程反分析的方法1.岩体参数反推法：此法通过对现场岩体状况和已知岩体参数进行分析，推导出其他未知参数的数值。
例如，通过实际工程施工数据和勘察数据，推断出岩体破碎和变形参数，帮助工程师进行进一步设计和加固措施的确定。
2.岩体工程风险评估法：此法通过对岩体强度和稳定性等参数的统计分析和盲点评估，对工程施工中可能出现的风险进行预测和评估，提出合理的措施和建议。
例如，通过对块石和裂隙分布的分析，评估岩体是否存在坍塌和滑坡风险。
3.岩体可靠度计算法：此法通过对岩体参数的统计数据和可靠度理论进行计算和评估，得出岩体工程的可靠度和安全系数，指导工程设计和施工过程中的决策。
例如，通过对岩体强度、裂隙分布和地质构造的综合分析，计算出岩体结构的可靠度，确定工程设计的合理性。
4.岩体变形预测法：此法通过对岩体应力和变形的分析和预测，帮助工程师了解岩体工程施工过程中可能出现的变形情况，提前采取相应的措施和预防措施。
例如，通过对岩体松动和变形的数值模拟和预测，确定预警线和控制线，指导工程施工的安全进行。
5.岩体材料性质反推法：此法通过对岩体材料强度和特性的统计分析和评估，反推出岩体的特性参数和工程性质，帮助工程师进行岩体工程设计和施工的优化。
例如，通过对岩石抗压和抗拉强度进行实验测定和数据分析，推断出岩石的工程性质和强度特性。
反分析方法在岩体工程中的应用具有重要的意义，可以有效帮助工程师了解岩体状况，评估岩体参数和工程风险，指导工程设计和施工过程中的决策和措施。
岩石力学系统的智能分析方法
6、边坡破坏模式的识别实例
应用专家系统理论，结合生产实践， 在系统地总结露天矿边坡破坏模式的基础 上，考虑了结构面组合状态、岩性、地应 力、地下水滑床、滑体形态和变形破坏方 式等，建立了露天矿边坡可能的破坏模式 识别专家系统。
二、神经网络及其应用
神经网络具有极强的自学习、非线性动态和并行分 布处理能力。
用此方法成功地进行了三峡永久船闸三闸首区弱风 化区、完整的微新花岗岩区以及由于施工扰动而在坡体内 形成的卸荷变形区和损伤松动区岩体的弹性模量以及地应 力参数的反演。
4、小尺度、大尺度之间非线性关系的神经网络 建模
三、智能位移反分析法与本构关系智能识别研 究
虽然岩石力学理论分析与模拟存在“参数 难以确定”和“模型认识不清”这两个“瓶颈” 问题，但在参数的识别和本构关系研究方面也取 得了一些重要进展。
描述规则的规则图
3、推理方向 反向推理为从规则树的顶层开始，向下递
推直到最底层，根据用户输入的数据确定底层结 点的取值状态，然后沿着原来的搜索路径逆向回 索，直至顶层。 4、搜索策略
搜索策略是研究如何从一个知识空间搜索 （探索）满足给定条件或要求的特定对象。 5、不确定性推理方法
用智能理论处理岩石工程问题，一个重要 的特点就是用合适的不确定性推理方法对涉及到 的不确定性知识和信息进行推理，最后作出决策。 不确定性推理方法的好坏，直接影响到决策结果 的可靠性和系统的决策能力。
1、岩石力学参数非线性关系的神经网络建模
2、历史信息、未来信息之间非线性关系的神经网络建模
3、局部信息、整体信息之间非线性关系的神经网络建模
岩体力学参数（如弹性模量、内聚力、内摩擦力等） 和原岩应力，也可以通过岩土结构在开挖后测得的位移进 行某种模型重构（如神经网络模型、数学模型等的重构） 而获得。这就是通常所说的位移反分析法。
第八章岩体工程中的反分析方法
象以上类似的方法就叫做正反分析法。例如设初始地应力分量
（空间问题有六个）单独作用时引起的某点的应力分量为Uk（ k =1,..6),则该点的总位移即为实测位移U*为
UkAkuk (2)
而每一个应力分量中，单位应力分量为Uk（这可计算出来），则
将（2）代入（1）式中，得6Fra bibliotekU*
Akuk
k 1
(3)
e 支护所受的围岩压力
则对围岩进行反分析有
而
02 (ATA)1AT U2m
(2)
d0 项对应于支护板力的作,由 用围 结岩 果
支护接触面处的 件平 知 d衡 0 条 e0
这样
0 02 0e
(3)
这样 ,可先(按 1式 ) 反算支护所受 力围 e0 ,然 岩后 压(按 2)
B u e
u N u e
N 插值函数
当前您浏览到是第十页，共四十三页。
Lu 所以 BLN
当前您浏览到是第十一页，共四十三页。
在岩体被假定为各向同性，匀质的情况下
只要假值设n及 值了K*就可以确定元，发这的样基有本限
就可以变换成
K*uExR0P1EyR0P2ExR0yP3
当前您浏览到是第十二页，共四十三页。
解这个方程就可以 初得 始到 应力仅 ExR为 0 等于 1的位移值 ux
同理,我们可以得到初始 仅应 为E力 yR0 等于 1的位移值 uy ,初始
应力仅为 xy0
ER
等于 1的位移值 uxy
这样就可以建立如 方下 程的
式中 A0u
Auxuyuxy
0
仍可把位移矢知量测分点为的Um已位和移未知U位u 移
两部分，则有
U U m n E 1H H 1 21 1H H 1 22 21G G 1 2 * *1 1G G 1 2 * *2 2P P 1 2* *0
岩石力学与工程综合集成智能反馈分析方法及应用
2.2 岩石(体)本构模型的结构和参数耦合智能识别
方法
模型的结构反映了岩石(体)的本质特征。在对
变形破坏机制的理解较充分的情况下，可以很好地
借助于确定性力学方法来准确确定模型的结构形
式。但在变形破坏机制不能充分理解清楚的情况下，
就需要借助于其他手段来建立模型的结构形式。否
32待反演参数的个数利用监测物理量进行反演获得的参数值是等效各岩石力学参数对不同部位围岩变形及塑性区的敏感度tablerockmechanicalparametersplasticzone围岩变形的敏感度模型参数塑性区的敏感度弹性模量136060113006泊松比003030027004抗拉强度006025024007初始黏聚力090052086267残余黏聚力026082052008最终内摩擦角018243296060初始内摩擦角051037021091内摩擦角临界塑性应变050047037021黏聚力临界塑性应变056030032028监测资料反演和计算模型动态智能反演分析智能反演与正演分析102030405060708090200400600800时间d向位移计算值总位移计算值向位移实测值总位移实测值岩石力学与工程学报2007各岩石力学参数塑性区的属性测度tablemeasuredegreesrockmechanicalparametersplasticzone塑性区的属性测度模型参数不敏感较敏感中等敏感高度敏感弹性模量0266泊松比0857抗拉强度0924初始黏聚力0000残余黏聚力0448最终内摩擦角0228初始内摩擦角0357内摩擦角临界塑性应变0394黏聚力临界塑性应变0514值
2 综合集成智能反馈分析方法
2.1 岩石(体)力学参数的智能反演方法 岩石(体)力学参数的应力–应变数据、变形破坏全过程 数据、声发射数据等，以及现场监测的变形、应力、 松动圈等测试结果，在岩石(体)的本构模型的结构 已知的情况下反演模型中的力学参数，基于反演所 获得的参数进一步分析岩石(体)变形破坏机制。该 方法目前可归纳为以下几种类型：
岩土力学：第十章+岩体力学数值计算方法及新进展简介
学习资料 仅供参考
• 应用要点：
１.正确划分计算范围与边界条件 2.正确输入岩体参数及初始地应力场 3.采用特殊单元来考虑岩体的非连续性和边 界效应
（三）岩石力学问题的其他数值分析方法 1.边界单元法 1.边界单元法
有限元法是对问题的微分近似表达式给出了 精确解，它实质上属于微分法。
三、岩石力学试验与测试方法的进展
（一）在室内模拟试验方面，离心模拟试验由 于具有其他模拟试验方法所不具备的优点而 受到注视。 （二）声波层析技术在岩体力学方面的应用受 到注视。
学习资料 仅供参考
声波层析技术在岩体测试中的应用
学习资料 仅供参考
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• 例子
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五、位移反分析法在岩体力学中的应用 1.位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中， 通过测量位移、应变或应力，来确定岩体的初 始地应力或岩体力学参数。 2.应用 反问题法不仅是参数估计，它的进一步推广 应用是工程预测和险情预报、反馈动态设计、 调整施工方案以及可靠度评价等 六、新的数学计算方法和软科学在岩石力学中的 应用
学习资料 仅供参考
离散单元 法算例： 研究地下 煤层开挖 引起冒落 和岩层移 动，研究 冒落带深 度与节理 间距的关 系。
岩石力学参数测量与分析方法
岩石力学参数测量与分析方法引言岩石作为地球上最常见的固体物质之一，在地质、矿产资源开发以及工程建设中起着至关重要的作用。
了解岩石的力学性质和参数，对于地质灾害的预测和工程设计的可靠性具有重要意义。
本文将介绍一些常用的岩石力学参数测量与分析的方法，为相关领域的研究人员和工程师提供参考。
一、应力-应变曲线的测量与分析方法应力-应变曲线是描述岩石在外力作用下的变形行为的重要参数。
常用的测量方法包括压力试验、拉伸试验、剪切试验等。
其中，剪切试验是一种常用的测量岩石力学参数的方法。
在剪切试验中，通过施加一个水平剪切力和一个垂直压力，测量岩石样本在剪切力下的变形情况。
然后，根据变形和应力之间的关系，可以得到应力-应变曲线。
曲线的形状和斜率可以反映岩石的强度和变形能力。
二、弹性模量的测量与分析方法弹性模量是岩石力学中最基本的参数之一，它描述了岩石对外力作用下的弹性变形能力。
常用的测量方法包括静力弹性模量测定和动力弹性模量测定。
静力弹性模量测定方法主要是通过施加不同大小的压力或拉伸力，测量岩石样本的应力和应变关系，得到弹性模量。
而动力弹性模量测定方法主要是通过地震波传播的速度和岩石的密度来计算弹性模量。
三、抗压强度的测量与分析方法抗压强度是岩石力学中评价岩石抵抗外力压缩的能力的重要参数。
传统的抗压强度测量方法是在实验室中进行压力试验。
在压力试验中，岩石样本被垂直施加压力，然后记录岩石破裂的压力值。
除了传统方法外，近年来还出现了一些新的测量方法，如非接触式测量方法和声波测量方法。
这些方法不仅提高了测量的准确性，还能够在线实时监测岩石的抗压强度。
四、剪切强度的测量与分析方法剪切强度是岩石力学中评价岩石抵抗剪切破坏的能力的重要参数。
常用的剪切强度测量方法包括剪切试验和直剪试验。
剪切试验是一种常用的测量剪切强度的方法。
在剪切试验中，岩石样本在剪切力的作用下发生破坏，通过记录岩石破坏的剪切力值和剪切位移，可以计算剪切强度。
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逆解法是直接利用量测位移求解由正分析方程 反推得到的逆方程，从直接逼近法，也可称为优化反演法。 这种方法是把参数反演问题转化为一个目标函数的 寻优问题。
位移反分析的主要任务均是利用较易获得的位 移信息，反演岩体的力学特性参数及初始地应力或 支护荷载或工程边界荷载。
二、线弹性位移反分析基本方程 1、逆方程 2、初始地应力的解出 三、粘弹性位移反分析的基本方程 1、粘弹性问题的简化
粘弹性问题是岩石材料所受应力没有达到其屈 服值的条件下所发生的流变现象。它包括蠕变、松 弛、弹性后效、粘性流动。 2、模型选取 3、平面问题的本构方程 4、粘弹性有限元位移反分析的基本方程
5、考虑工程因素对反演分析的影响 考虑工程因素的反演方程
四、粘弹性参数的分离方法 1、参数回归分离法 2、参数优化分离法
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第六节 位移反分析法
一、概述 在力学范畴内，一般是根据表征某一系
统力学属性的各项初始参数来确定系统的力 学行为；而当利用反映系统力学行为的某些 物理量推算该系统的各项或一些初始参数时， 这种问题通常被称为反问题或逆问题。在岩 土工程领域内，则被称为反分析法。
根据反分析时所利用的基础信息不同，反分析 法可分为应力反分析法、位移反分析法和混合反分 析法。