根據(jù)國家自然科學(xué)基金委“十三五”發(fā)展規(guī)劃，土木工程結(jié)構(gòu)全壽命整體可靠性設(shè)計理論是工程科學(xué)部的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之一。在大型巖體地下洞室工程中，合理評估巖體力學(xué)參數(shù)分布是進(jìn)行可靠性設(shè)計的重要基礎(chǔ)，不合理的力學(xué)參數(shù)取值將會給項目設(shè)計和施工帶來潛在風(fēng)險。此外，在施工過程中，監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)是控制工程進(jìn)度、保障人員財產(chǎn)安全的重要依據(jù)，現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)較為單一，難以針對不同工程規(guī)模和不同施工進(jìn)度動態(tài)調(diào)整，對工程安全決策造成困擾。

　　針對這些問題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所智能巖石力學(xué)組研究人員開展了3個方面的研究工作：（1）提出了基于貝葉斯理論的巖體力學(xué)參數(shù)評估方法，借助巖體的超聲波速數(shù)據(jù)，將工程經(jīng)驗作為先驗知識融入推斷模型，同時考慮模型不確定性、測量誤差等因素的影響，利用馬爾可夫鏈蒙特卡洛算法抽取貝葉斯后驗分布樣本，實現(xiàn)對巖體力學(xué)參數(shù)的概率表征，該方法獲得的巖體力學(xué)參數(shù)更接近實測值，尤其在小樣本條件下更具優(yōu)勢（圖1）；（2）基于獲得的巖體力學(xué)參數(shù)概率分布，結(jié)合蒙特卡洛算法和數(shù)值模擬獲得洞室開挖變形的概率分布，依據(jù)變形值發(fā)生概率將預(yù)警指標(biāo)分為安全等級、預(yù)警等級和危險等級三個區(qū)間（圖2），創(chuàng)新了基于概率閾值劃分大型地下洞室?guī)r體工程施工監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)方法，通過對瀘定硬梁包水電站主廠房監(jiān)測變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，證明該方法完全適用于現(xiàn)場圍巖穩(wěn)定性評估和支護決策；（3）基于隨機場理論構(gòu)，創(chuàng)新了建地下洞室開挖圍巖失效范圍概率計算方法（圖3），實現(xiàn)了地下洞室開挖高風(fēng)險區(qū)的識別。

　　研究成果已經(jīng)在國內(nèi)最大長廊式調(diào)壓室的大渡河硬梁包水電站等工程成功實踐，為項地下洞室群的安全、經(jīng)濟、高效建設(shè)提供了重要支撐。相關(guān)成果分別發(fā)表在Rock Mechanics and Rock Engineering、International Journal of Geomechanics、Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards等期刊上。

　　論文鏈接：

　　https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29GM.1943-5622.0002452

　　https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-022-02801-2

　　https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17499518.2022.2119580

圖1 不同樣本數(shù)量對圍巖力學(xué)參數(shù)評估結(jié)果的影響　　　　

圖2 基于概率閾值的大型地下洞室開挖監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)確定　　　　

圖3 大型地下洞室開挖圍巖失效概率云圖