位移反分析是根据岩土工程开挖或其他原因引起的岩、土体位移的实测值,确定工程设计所需要的计算参数的一种分析方法。反分析,是相对于通常使用的从已知计算参数出发,分析未知的岩土工程位移的分析而言的。
岩体工程稳定性分析,通常的做法是首先建立岩体力学模型(包括岩体几何结构、岩石本构关系、边界条件,有时还有初始条件),然后确定岩体力学模型的参数(如应力边界条件、位移约束边界条件、岩体力学参数、岩体结构尺寸参数等),最后进行力学计算分析,求出岩体内的应力场、应变分布和位移分布,这就是所谓的正分析。
岩体工程稳定性正分析,实践中遇到了很难克服的困难,这便是许多工程条件下岩体的应力边界条件和岩体力学参数很难确定。如深井地压问题的地应力,一方面
地应力测量难度大成本高,另一方面可测量的点有限,在较大范围内地应力也是变化的。再如一般岩体工程中岩体或某一岩层的弹性模量,通常用其岩石试件的室内测定值,再根据现场岩体或岩层的结构完整性状况等条件。考虑一个折减系数,修正后作为岩体或岩层的弹性模量,这种处理办法随意性较大,缺乏依据。再就是岩体工程正分析。不同计算者得出的结果有较大差别。其预计的岩体变形常常成倍地小于工程实测值,这主要是由于岩体力学模型建立的合理性和岩体力学参数确定的准确性两个方面存在问题。
位移反分析方法,正是在上述背景下提出的。所谓位移反分析,它与正分析的已知参数与待求参数相反,是将工程实测的岩体变形作为已知量,反求力学模型中的某一参数,一般是反求岩体力学参数中的弹性模量或岩体边界条件中的原始地应力。在位移反分析中,存在着三个系统识别问题.即力学模型系统、边界条件系统和参数系统。力学模型的正确选择是反分析的基础,边界条件合理确定是反分析中正确利用数值分析方法的必要条件,而选择待分析参数则是反分析中的关键,它直接影响反分析结果的精度。从理论上讲,当实测位移值足够多时,可以借助位移反分析来确定所有参数,但实际上是不可能和不必要的。只有选择对开挖位移的敏感程度大的参数,才能减少反分析的工作量,加快反分析速度,保证反分析的精度。
应该指出,反分析得出的岩体与岩性的参数只是供进一步正算采用的等效参数或综合参数,它不能取代试验和实测,也不能推广到诸如围岩应力分析等普遍用途。反分析方法不仅是参数估计,它的进一步推广应用是工程预测和险情预报、反馈动态设计、调整施工方案以及可靠度评价等。
弹性、均质
岩体的位移反分析法发展得最快。这种方法分为3个步骤:首先,根据选定的位置和其他条件布置位移测量仪器,测定开挖后的位移;再在弹性和均质假定的条件下,借助于有限单元法或其他方法,计算有关位移;然后,通过实测位移同相应的计算
位移的对比,对预先选定的计算参数进行分析。具体的分析方法,有力法反分析、优选法反分析、回归法反分析和图解法反分析等。这里值得一提的是数值法图谱-位移反分析系列方法。这种方法是通过对问题的标准化,引用
图谱概念而形成。这种系列方法可以节省大量分析时间和经费。当利用掌子面作空间问题位移反分析时,其优点更加显著。
岩体力学位移反分析方法的必要性和意义在于:首先,位移反分析求出的岩体力学参数严格地讲是等效参数,即它综合反映了岩石的基本力学参数、岩体结构对岩石力学参数的影响和岩体结构模型与实际工程岩体的误差等。正因如此,位移反分析求出岩体力学参数与岩体结构模型具有良好的匹配性。其次,对于矿山岩体工程等,只有先进行大量的反分析计算实践才能为正算预计奠定基础。