1 引言

數值模擬一般的流程是建立合適的幾何模型, 確定巖體的本構關系, 通過實驗室和現場測試獲取物理力學參數,然后進行模擬分析. 其中巖體物理力學參數的確定是巖石工程最為挑戰的一件任務. 過去三十年, 巖石工程理論最突破性的進展之一就是巖體強度和變形模量的等效確定方法, 包括合成巖體SRM. 另一種求解流程是數值反分析(Numerical Back-Analysis), 首先根據已經發生破壞的工程巖體或者假定的臨界破壞狀態, 反推巖體的物理力學參數, 通過標定參數值, 然后再進行模擬預測. 這種方法從實踐的角度來說是一種黑箱處理方法.

巖體變形模量的估算---Python實現

巖體和混凝土強度與變形模量的直接關系

Hoek的巖體變形模量經驗估計---Is it reliable ?

這個筆記簡要回顧了GeotechSet數據集中關鍵詞Numerical Back-Analysis的論文, 調查了過去15年反分析使用的主要工具軟件. 結果發現了6篇論文討論了數值反分析(2005-2020).  通過關鍵詞精確地映射出論文也是我們巖土工程大數據語義相似的其中一項研究內容.

2 土木隧道反分析

Vardakos等人(2007) 使用 "地層特征曲線 (ground characteristic curves)"和 "收斂-限定法 (convergence-confinement method)"對隧道的響應進行了分析，他們使用的工具軟件是UDEC。通過UDEC模擬和收斂限定法的模擬結果與隧道變形和隧道支護載荷的監測數據相比, 進行了參數化分析，以研究隧道幾何形狀在各種條件下的力學行為。Emeriault等人(2013) 使用PLAXIS 3D進行了數值反分析，模擬了真實隧道的預加固系統和工作流程，通過監測數據評價評估不同的建筑和支護單元對控制地面運動和沉降的影響, 從而提高隧道施工方法對地面響應的理解. Mata(2019) 的博士論文對巷道的收斂進行了數值反分析. 他使用的數值工具是FLAC3D, 特別考慮了與時間相關的巖體行為(Creep).

3 露采邊坡反分析

Kabuya等人(2020) 對一個采礦邊坡的破壞進行了數值反分析. 該邊坡高度為125m, 寬度為200m, 整體邊坡角為44度, 如下圖所示. 他們使用的數值模擬工具是SLIDE3和RS2.  

Sainsbury等人(2016) 對另一個采礦邊坡穩定性進行了數值反分析. 他們使用的數值模擬工具是帶有離散斷裂網絡的3DEC, 使用的位移準則是1m, 每個模擬step的速度準則是1e-5m.

 

4 地采空場反分析

Sainsbury等人(2011) 對崩落采礦法的崩落區進行了數值反分析, 通過匹配數值推導出的屈服區與TDR(時域反射儀)的實測結果, 改進了數值模型中應力傳播與軟弱夾層接觸的相互作用。Bouzeran等人(2020) 使用FLAC3D對地下空場采礦法的空場進行了數值反分析. 反分析的目的是為了更好地了解控制巖體性能的作用機制，并獲得一個經過校準的模型來進行模擬預測, 其中包括: 現場和實驗室強度測試建立的各向異性巖體強度模型，以及一個隱式地考慮圍巖屈曲的方案。