岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (9): 2578-2588.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1876

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

洞室块体危险性分析的突变级数评价法研究

杜崧1, 2,肖明1, 2,陈俊涛1, 2   

  1. 1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072; 2. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072
  • 收稿日期:2020-12-13 修回日期:2021-03-11 出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-08-31
  • 通讯作者: 肖明,男,1957年生,博士,教授,主要从事岩土工程、水力发电、计算机应用方面的教学和研究。E-mail: mxiao57@163.com E-mail:1224326715@qq.com
  • 作者简介:杜崧,男,1997年生,硕士研究生,主要从事地下结构稳定数值分析研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.52079097)。

Catastrophe progression method for geological block hazard analysis of underground caverns

DU Song1, 2, XIAO Ming1, 2, CHEN Jun-tao1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China
  • Received:2020-12-13 Revised:2021-03-11 Online:2021-09-10 Published:2021-08-31
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(52079097).

摘要: 针对复杂地质条件下地下洞室块体破坏风险评价困难的问题,提出了基于突变理论的块体失稳风险评价方法。首先,采用有限元网格建模技术,并引入单元重构?聚合方法,实现复杂洞室岩石块体识别。分析块体的失稳破坏影响因素,从块体内部、外部因素两方面出发,以发展趋势、空间位置、结构体属性、外部荷载、结构面特征、环境因素6个方向为基本出发点,选取11个因素作为底层评价指标,在此基础上构建块体失稳风险评估突变模型。然后,采用归一化公式逐层进行突变状态变量求解,对计算所得总突变级数进行隶属度转换以改进其集聚性,最终完成块体风险状态的确定。工程实例分析结果表明,该方法计算方便、可靠性高,能够综合考虑各种因素对块体稳定性的影响,避免刚体极限平衡法分析上的局限性,计算结果所反映的规律与认识规律一致,较好地反映了洞室块体的真实赋存状态,为复杂地质条件下的洞室块体危险性评价提供了新的实现途径。

关键词: 地下洞室, 岩石块体, 突变级数法, 危险性评价, 指标体系

Abstract: In this study, a block instability risk assessment method based on catastrophe theory is proposed to tackle the difficulty of block failure risk assessment of underground caverns under complex geological conditions. Firstly, the finite element mesh modeling technology and the method of element reconstruction-aggregation technique are used to identify the rock blocks around the complex caverns. Then the influencing factors of block instability and failure are analyzed, starting from two aspects of internal and external factors of block with 6 elements, including the development trend, spatial location, structural block property, external load, structural surface characteristics and environmental factors. Eleven factors are selected as the underlying evaluation index, on which the mutation model of block instability risk assessment is constructed. After that, the normalized formula is used to seek the solution of the mutation state variables layer by layer, and the membership degree of the obtained total mutation series is converted to improve its clustering and finally the risk state of the block is determined. The analytical results of engineering example show that the method is simple in calculation and high in reliability. It allows comprehensive consideration for the influence of various factors on block stability and avoids the limitations of rigid body limit equilibrium method. The law revealed from the calculation results is basically consistent with the known law, which better reflects the real occurrence state of cavern block. It provides a new way for risk assessment of cavern block under complex geological conditions.

Key words: underground cavern, rock block, catastrophe progression method, risk assessment, index system

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