隧道圍岩建模與動態更新的不確定性方法

《隧道圍岩建模與動態更新的不確定性方法》是依託同濟大學，由李曉軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：隧道圍岩建模與動態更新的不確定性方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李曉軍
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

針對隧道圍岩地質模型難以評估不確定性、對隧道圍岩穩定性起控制作用的岩體節理與裂隙考慮不足、以及隧道地質模型不易動態更新的問題，擬從隧道圍岩空間屬性(包括空間位置信息和物理力學參數)的不確定性估計、裂隙岩體結構面的隨機建模以及地質模型的動態更新三個方面出發，創新地開展以下研究：①在基於多源地質數據估計圍岩空間屬性不確定性基礎上，採用序貫隨機模擬方法得到圍岩空間屬性全局不確定性，建立考慮地質變數空間結構特徵的圍岩空間屬性不確定性動態更新方法。②提出不依賴於分布形式的結構面幾何參數的分布估計，利用先驗信息動態更新結構面幾何參數機率分布，實現隧道岩體結構面動態三維網路模擬。③基於上述方法，集成隧道圍岩空間屬性模型與結構面模型，實現其可視化及在隧道圍岩穩定性分析中的套用。研究旨在合理地表達、評價並降低隧道圍岩地質模型的不確定性，為隧道工程的設計與施工服務。

結題摘要

針對隧道圍岩地質模型難以評估不確定性、對隧道圍岩穩定性起控制作用的岩體節理與裂隙考慮不足、以及隧道地質模型不易動態更新的問題，從隧道圍岩空間屬性的不確定性估計、裂隙岩體結構面的隨機建模以及地質模型的動態更新三個方面開展了研究工作並取得了以下主要成果。針對地質建模中直接採樣或觀測數據較少，採用融合地球物理數據和其它非直接採樣數據，通過貝葉斯克里金（BK）和貝葉斯最大熵（BME）兩種空間軟插值技術，合理地集成軟硬數據來構建地質模型。採用單相機雙目三維重構方法獲取隧道掌子面岩體三維點雲數據，通過識別算法自動化提取岩體結構面信息如產狀、跡線、間距、粗糙度等，從而快速、準確地得到實時有效的隧道掌子面地質結構幾何信息。針對岩體結構面跡長數據樣本不足易產生較大誤差的問題，利用機率加權矩和L矩的方法，基於最大熵原理建立了結構面跡長的非經典機率分布模型，該模型能夠適用於不同的樣本容量，在小樣本或跡長數據高度偏倚的情況下具有較好的穩健性。針對根據岩體結構面跡長測量結果來推斷結構面直徑分布具有不唯一性的問題，提出了一種基於最大熵原理的不依賴於分布形式的岩體結構面幾何參數的非經典機率分布估計方法，該方法不需事先假定岩體結構面幾何參數機率分布形式，能夠更加準確地刻畫結構面幾何參數的統計特性。建立了基於GIS的隧道多源信息集成平台，實現了隧道工程地質、設計與施工數據的二維與三維可視化，並集成隧道圍岩空間屬性模型與結構面模型，實現其可視化及在隧道圍岩穩定性分析中的套用。基於多源數據動態更新後的三維地層模型，可降低隧道圍岩地質模型的不確定性，為對隧道進行三維動態設計、最佳化調整隧道襯砌結構的設計參數提供理論依據。