数值反分析(Numerical Back-Analysis)

1 引言

数值模拟一般的流程是建立合适的几何模型, 确定岩体的本构关系, 通过实验室和现场测试获取物理力学参数,然后进行模拟分析. 其中岩体物理力学参数的确定是岩石工程最为挑战的一件任务. 过去三十年, 岩石工程理论最突破性的进展之一就是岩体强度和变形模量的等效确定方法, 包括合成岩体SRM. 另一种求解流程是数值反分析(Numerical Back-Analysis), 首先根据已经发生破坏的工程岩体或者假定的临界破坏状态, 反推岩体的物理力学参数, 通过标定参数值, 然后再进行模拟预测. 这种方法从实践的角度来说是一种黑箱处理方法.

岩体变形模量的估算---Python实现

岩体和混凝土强度与变形模量的直接关系

Hoek的岩体变形模量经验估计---Is it reliable ?

这个笔记简要回顾了GeotechSet数据集中关键词Numerical Back-Analysis的论文, 调查了过去15年反分析使用的主要工具软件. 结果发现了6篇论文讨论了数值反分析(2005-2020).  通过关键词精确地映射出论文也是我们岩土工程大数据语义相似的其中一项研究内容.

2 土木隧道反分析

Vardakos等人(2007) 使用 "地层特征曲线 (ground characteristic curves)"和 "收敛-限定法 (convergence-confinement method)"对隧道的响应进行了分析，他们使用的工具软件是UDEC。通过UDEC模拟和收敛限定法的模拟结果与隧道变形和隧道支护载荷的监测数据相比, 进行了参数化分析，以研究隧道几何形状在各种条件下的力学行为。Emeriault等人(2013) 使用PLAXIS 3D进行了数值反分析，模拟了真实隧道的预加固系统和工作流程，通过监测数据评价评估不同的建筑和支护单元对控制地面运动和沉降的影响, 从而提高隧道施工方法对地面响应的理解. Mata(2019) 的博士论文对巷道的收敛进行了数值反分析. 他使用的数值工具是FLAC3D, 特别考虑了与时间相关的岩体行为(Creep).

3 露采边坡反分析

Kabuya等人(2020) 对一个采矿边坡的破坏进行了数值反分析. 该边坡高度为125m, 宽度为200m, 整体边坡角为44度, 如下图所示. 他们使用的数值模拟工具是SLIDE3和RS2.  

Sainsbury等人(2016) 对另一个采矿边坡稳定性进行了数值反分析. 他们使用的数值模拟工具是带有离散断裂网络的3DEC, 使用的位移准则是1m, 每个模拟step的速度准则是1e-5m.

 

4 地采空场反分析

Sainsbury等人(2011) 对崩落采矿法的崩落区进行了数值反分析, 通过匹配数值推导出的屈服区与TDR(时域反射仪)的实测结果, 改进了数值模型中应力传播与软弱夹层接触的相互作用。Bouzeran等人(2020) 使用FLAC3D对地下空场采矿法的空场进行了数值反分析. 反分析的目的是为了更好地了解控制岩体性能的作用机制，并获得一个经过校准的模型来进行模拟预测, 其中包括: 现场和实验室强度测试建立的各向异性岩体强度模型，以及一个隐式地考虑围岩屈曲的方案。