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不同试验数据处理方法在原位直剪试验中的程序化实现

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路

1.4主要研究内容及创新性研究成果

2岩石强度理论浅析

2.1 Mohr-Coulomb 强度理论(单剪强度理论)

2.2 Tresca 屈服准则

2.3 Mises屈服准则

2.4 Drucker-Prager 准则

2.5 Griffith准则

3 试验数据处理方法及其改进

3.1 最小二乘法及其改进

3.2 随机-模糊法及其改进方法

3.3 可靠度分析法

3.4 本章小结

4 多试件法测定西安市李家河水库岩体抗剪强度

4.1 工程概况

4.2 试验设计

4.3 试验结果整理与分析

4.4 本章小结

5 单试件法测定西花水电站岩体抗剪强度

5.1 工程概况

5.2 试验设计

5.3 试验结果整理与分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

在修建大型水电站时,遇到的首要任务是坝址的选择、坝型的设计。为完成这一任务,必须对周边的工程地质条件进行详细的调查,对周围的岩体特征有足够的认识。本文所研究的便是岩体抗剪强度这一特性,并用岩体抗剪强度参数来表征岩体的这一特性。
  首先是确定岩体抗剪强度的理论依据。本文分别研究了Mohr-Coulomb强度理论、Tresca屈服准则、Mises屈服准则、D-P准则、Griffith强度理论在岩石力学中的表征,包括破坏机理、数学模型、特点分析。本次原位试验是中小型试验,试件的破坏行为主要是沿着岩体软弱结构面进行的,并且现场直剪仪仅在垂直和水平两个方向上施加了作用力,综合考虑上述理论,最终选择Mohr-Coulomb强度理论为本次试验的理论依据。
  为确定试验数据的处理方法,本文从理论原理、特点分析到程序化实现分析了最小二乘法、随机-模糊法和可靠度分析法,研究了最小二乘法和随机-模糊法的改进方法。并在多试件法测定李家河水库岩体抗剪强度和单试件法测定西花水电站岩体抗剪强度的试验中得以应用。
  分析多试件法的结果发现:
  1)最小二乘法及其改进方法考虑了试验数据的随机性,是对试验数据的单纯处理;最小二乘法的改进方法在基本原理上优于最小二乘法,但将这两个原理用具体的算法实现后却并未得到预期的效果。
  2)随机-模糊法及其改进方法在最小二乘法的基础上通过考虑各组数据的隶属性来增加了对试验模糊性的分析,考虑了一定的实际情况;因为岩体本身的复杂多变性,即便是操作正确也会出现奇异值,却不可剔除。因此随机-模糊法的改进方法在岩体原位直剪试验中要慎重使用。
  3)可靠度分析法则认为这些离散的数据点所对应的抗剪强度参数是互异的,并服从一定概率分布规律,可在我们需要的可靠度指标下选取抗剪强度参数。在实例计算中,其结果介于最小二乘法和随机-模糊法之间,是较优的算法。
  在处理单试件法试验的结果时,由于试验是在同一试件上进行的,所以不用考虑因为地点分散而产生的模糊性,也不用考虑离散试点之间服从的概率统计规律。因此随机-模糊法和可靠度分析法并不适用于单试件法。鉴于对多试件法试验数据处理的分析,暂且认为依照本文所用的算法,最小二乘法较其改进方法更为合理,所以用最小二乘法对单试件法结果进行处理。从得到的结果来看,用单试件法获得的参数在合理的范围内,因此认为单试件法可以用来测定花岗岩岩体的岩体抗剪强度。

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