【正文】 信息方法是靈魂，而兩個準(zhǔn)則是保證。 控制論的主要方法： 功能模擬方法和黑箱方法 功能模擬方法就是根據(jù)模型與原型之間的相似關(guān)系，用模型萊模擬對象，通過模型萊間接研究原型的規(guī)律性。 控制論的研究對象：可控系統(tǒng)，不是一切系統(tǒng)。 目的 是行為的向?qū)В切袨樽罱K結(jié)果的體現(xiàn)。 要素、結(jié)構(gòu)和相互作用是構(gòu)成系統(tǒng)三個不可缺少的因素。 馬克思和恩格斯明確提出了系統(tǒng)的概念和思想：一切事物、過程乃至整體都是有無數(shù)相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約、相互作用的事物和過程形成的統(tǒng)一整體。 廣義系統(tǒng)科學(xué)的形成和發(fā)展 萊布尼茨： 《 單子論 》 指出：單子是事物的元素，宇宙被規(guī)范在一個完滿秩序的統(tǒng)一體系中。主要內(nèi)容 巖土工程系統(tǒng)分析原理 廣義系統(tǒng)科學(xué)的形成和發(fā)展 廣義系統(tǒng)科學(xué)的 理論體系 滑坡突變的失穩(wěn)特征 巖爆（沖擊地壓）系統(tǒng)科學(xué)分析 地面沉陷的系統(tǒng)科學(xué) 巖土工程失穩(wěn)破壞的自組織原理 概念 系統(tǒng)是相互作用著若干要素的集合體。已經(jīng)注意到系統(tǒng)具有一定的結(jié)構(gòu)和組成要素。 近代系統(tǒng)觀 奧地利的理論生物學(xué)家貝塔朗菲（ M. V. Beterlanffy）：于 1968年出版了 《 一般系統(tǒng)論的基礎(chǔ)、發(fā)展與應(yīng)用 》 創(chuàng)建了一般系統(tǒng)論，并與維納 (Weiner)提出的控制論和仙農(nóng)（ Shannon)提出的信息論組成了狹義系統(tǒng)論。要素是構(gòu)成系統(tǒng)的基本元素，結(jié)構(gòu)是元素的組成方式，也就是要素之間的關(guān)系，相互作用是根本。 控制的目的： 一方面當(dāng)系統(tǒng)處于所需要的狀態(tài)時，保持系統(tǒng)穩(wěn)定原狀態(tài)穩(wěn)定。 系統(tǒng)必須具有以下特征： 可控性、目的性、可觀性、閉環(huán)性和多向性 控制的基本方式： 反饋控制 反饋是指系統(tǒng)輸出的全部或一部分通過一定的通道反送到系統(tǒng)的輸入端，從而對系統(tǒng)的輸入和再輸出施加影響的過程。 黑箱方法就是通過考擦系統(tǒng)的輸入和輸出及其動態(tài)過程，而不是通過直接考擦內(nèi)部結(jié)構(gòu)，萊定量或定性地認(rèn)識系統(tǒng)地功能特性、行為方式以及探索內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)理地控制論認(rèn)識方法 。 信息方法： 通過分析復(fù)雜事物包含的信息過程來揭示行為的奧秘（信息分析），通過建立適當(dāng)?shù)男畔⒛Ｐ秃秃侠淼募夹g(shù)手段來模擬復(fù)雜事物的高級行為（信息綜合）。 耗散結(jié)構(gòu)理論主要研究非線性系統(tǒng)在原離平衡態(tài)時出現(xiàn)的各種有序結(jié)構(gòu)所需的條件、演化過程等。 ? 協(xié)同學(xué)認(rèn)為：所有系統(tǒng)都可以分為有限個子系統(tǒng)。 ? 它主要闡明系統(tǒng)中子系統(tǒng)出現(xiàn)協(xié)同運(yùn)動的條件和規(guī)律。 ? 300多年來，人們運(yùn)用微積分、微分方程成功地建立了各種模型。當(dāng)事物演變的軌跡在曲面上遇到中斷處時，平衡遭到了破壞，發(fā)生了突變。 尖點(diǎn)突變的 5個特征 尖點(diǎn)突變的基本方程 ? 尖點(diǎn)突變只有兩個控制變量和一個狀態(tài)變量，勢函數(shù)為： 平衡曲面（ V(x)所有臨界點(diǎn)的集合）為： 奇點(diǎn)集方程： 分叉集（既滿足平衡曲面方程，又滿足奇點(diǎn)集方程）方程： qxxpxxV ??? 24 241)(qpxxxV ??? 3)(39。0????? auKuxxV mm?011 )11( umuum???平衡曲面的標(biāo)準(zhǔn)形式 ? 為了得到尖點(diǎn)突變模型的標(biāo)準(zhǔn)形式，將平衡曲面在尖點(diǎn)處展開泰勒級數(shù)，依照 Thom安全截斷法則，安全截取前 3項： 0))}()1(2)1()1(]()(ex p [{!31))}(]()(ex p [{!21)}(])(ex p [])(1[{)(])(ex p [312022120210212202213202212302313012101101120121201101011011???????????????????????????????????uuuummumumuummuumuumuumuuuuumuumuuumuuuuKuuuumuaKuuummmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm????平衡曲面標(biāo)準(zhǔn)形式的化簡 ? 令 ? 把無量綱參數(shù) 代入平衡方程： ? 這里 ? 尖點(diǎn)突變理論認(rèn)為：控制變量 p,q符合分叉集方程時，系統(tǒng)才會發(fā)生突變，分叉集方程是系統(tǒng)發(fā)生突變的充要條件，這樣： mm emumu111011 ,)11( ????? ??1111 , u uau uux ???? ?03 ??? qpxx122),1()1( 6),1()1( 6 ?? mKKmKmmqKmp ???????0)11()1(9)1(8 223 ????? mmKK ?混沌（ chaos)首先由李天巖和約克 1975年在論文 《 周期 3則混沌 》 提出的。 著名的 “ 蝴蝶效應(yīng) ” 由氣象學(xué)家洛侖茲提出。 不同系統(tǒng)的混沌程度時不一樣的，混沌程度一般由 Lyapunov指數(shù)、吸引子維數(shù)和熵等來定量刻劃。重正化群理論主要通過重正化空間格子模型來研究臨界現(xiàn)象和行為。 （ Renormalization Group) ? 重正化技術(shù)是一種模擬非均勻大系統(tǒng)演化過程的數(shù)學(xué)工具 。 （ Renormalization Group) 巖石破壞的重正化模型 ? 圖中顯示：四個小格子單元組成一個大單元 ， 而大單元的性能具有唯一性 ， 它由四個小格子單元組合而成 。 一個組合而成的大單元有五種可能情況： [bbbb]、[bbbu]、 [bbuu]、 [buuu]、 [uuuu], 這里 b表示已破壞單元 ， 而 u表示未破壞單元 。 對應(yīng)力轉(zhuǎn)移和單元破壞作如下假定： （ 1） 當(dāng)大單元中所有小單元全部破壞時 ， 大單元才破壞； （ 2） 破壞單元先前承受的應(yīng)力平均轉(zhuǎn)移給臨近未破壞單元 。 ])P1()P1] [ ()P1()P1] [ ()P1(P1[P24])P1()P1] [ ()P1(P1[P12])P1()P1[(])P1(P1[P12])P1(P1[P4])P1()P1] [ ()P1(P1[)P(12])P1(P1[)P(6])P1(P1[)P(4)P(P8)r(14)r(14)r(13/8)r(13/8)r(1)r(1)r(124)r(13/8)r(13/8)r(1)r(118)r(13/8)r(123/8)r(1)r(1)r(13/8)r(1)r(1)r(18)r(14)r(14)r(1)r(12)r(124)r(1)r(12)r(18)r(1)r(13)r(14)r(1)1r(1?????????????????????????????????????????????0* 4 3 2 ???? 分形幾何是由 Mandelbrot（ 1983）發(fā)展起來的一門新的數(shù)學(xué)分支，用來描述自然界不規(guī)則以及雜亂無章的現(xiàn)象和行為。 ? 巖石材料作為億萬年地質(zhì)演變的產(chǎn)物 ， 具有大量自然形成的不同層次的孔隙 、 空洞和裂紋分布 ， 可以抽象地看成高剛度的海綿體 。 這說明分形維數(shù)能刻畫海綿體這類隨機(jī)分布孔隙體的幾何結(jié)構(gòu)本質(zhì) 。 ? 定義 4：分形就是比在經(jīng)典幾何考慮的集合更不規(guī)則的集合 ， 這個集合無論被放大多少倍 ， 越來越小的細(xì)節(jié)仍能看到 。 圖 給出了 Feder量測的海岸線長度 L和尺碼的雙對數(shù)圖 。由于巖石破碎過程也是一個分形過程，可以建立一個分形破碎模型來分析破碎與能量耗散的關(guān) D p k? 3 l o g / l o gE C r rf n n? ?? ?( )2 1 1 1巖爆的分形機(jī)理 ? 如果說巖石試件的破壞是小尺度的巖石破壞，地震是大尺度的巖石破壞，那么巖爆就算中等尺度的巖石破壞。隨著采動應(yīng)力的增加，局部微破裂也相應(yīng)增加，并且在某些區(qū)域形成微破裂集聚。這個過程剛好對應(yīng)于聲發(fā)射探測的平靜期或反常期。 一個低分形維數(shù)值的出現(xiàn) ， 意味著巖體內(nèi)將形成一個大的破裂事件 ， 也就對應(yīng)一次巖體失穩(wěn)事件 。自行研制的大功率高可靠性刮板輸送機(jī)，以及高工作阻力的液壓支架。 （ 4）巖土災(zāi)害的發(fā)生往往表現(xiàn)為突發(fā)性，但也有可能漸變破壞。金剛石和石磨的例子。 層次性原理是指任何復(fù)雜的巖土體工程問題都具有層次性，在分析時，不但應(yīng)分層次逐個進(jìn)行，而且要注意各層次之間的聯(lián)系。 尺度效應(yīng) 自相似原理指的是：事物的局部和整體形態(tài)相似，或系統(tǒng)的各個層次具有相似的結(jié)構(gòu)。 開放性原理 巖土體 地下水、地表水和大氣水 植被 人類活動 太陽 突變性原理是指系統(tǒng)實現(xiàn)質(zhì)變的一種方式，本質(zhì)是系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)向另一種穩(wěn)定狀態(tài)的躍遷。 自組織原理 京廣鐵路大瑤山隧道施工 自組織廣泛存在地下開挖工程中，開挖形成自然拱 —— 開挖結(jié)構(gòu)一個自組織表現(xiàn)， 這種調(diào)節(jié)能力有一定的限度，如果開挖速度太快或開挖強(qiáng)度太大，在巖體的自我調(diào)節(jié)能力顯得無能為力，巖體將發(fā)生大規(guī)模的整體破壞。是指世界上各種事物之間存在著普遍適用的規(guī)律，具體表現(xiàn)為：不同系統(tǒng)演化途徑具有統(tǒng)一性，自然解中存在一些普適性常數(shù)以及同型規(guī)律和冪律規(guī)則。 在混沌動力學(xué)中 Feigtnbaum發(fā)現(xiàn)在混沌區(qū)周期窗口中倍周期分叉點(diǎn)序列和混沌帶倍周期逆分叉序列的相鄰分叉點(diǎn)間距之比都趨近于一個無理數(shù)： …… （ 3）同型性 不同的學(xué)科具有相似的定律，本質(zhì)不同的領(lǐng)域會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的定律。 （ 6）系統(tǒng)中某些因素變化，導(dǎo)致ｕ，ｖ變化，可對系統(tǒng)演化途徑做定量分析。 不同因素對斜坡穩(wěn)定性的影響 巖層的傾角 （ 1）隨著巖層傾角的增大，巖層發(fā)生失穩(wěn)的臨界變形深度有減小的趨勢。 （ 4）對于中等傾角，傾角的不同對斜坡臨界失穩(wěn)深度有較大的影響。 0xxx ??? )(412)212(32020 tFxxxxuxdt xd ??????????? 滑坡是一種常見的斜坡失穩(wěn)而產(chǎn)生的巖土工程災(zāi)害。 ? 僅 80年代一次性死亡人數(shù)在 200人以上或直接經(jīng)濟(jì)損失在千萬元以上有十余起（如 1980年的鹽池河滑坡、1981年雞趴子滑坡、 1984年新灘滑坡、 1983年灑勒山滑坡， 1989年的溪口滑坡）。 ? 我國按力學(xué)條件分類：牽引式滑坡、推動式滑坡兩類。 滑坡的發(fā)育過程 ? 蠕動變形階段 由于開挖和外界因素的影響，首先在斜坡內(nèi)部產(chǎn)生微小的變形和移動，然后逐漸發(fā)展，直至坡面出現(xiàn)斷續(xù)的張拉裂縫。 ?滑動破壞階段 滑體在整體下滑時，滑坡后緣迅速下陷，滑坡壁越露越高，滑體分裂成數(shù)塊。 斜坡滑動類型 ? Heok根據(jù)滑動面的差異把巖石邊坡的破壞分為四種類型： 圓弧破壞、平面破壞、楔體破壞和傾覆破壞 ，前三種破壞性質(zhì)屬于滑動破壞，最后一種屬于崩塌破壞。 ? （ 3）概率法，把巖石邊坡的一些參數(shù)視為一個隨機(jī)變量場，通過建立隨機(jī)變量的分布函數(shù)來確定邊坡的穩(wěn)定性。 通過塊體 Ⅰ 的平衡可以求得作用力的大小和方向 。 ? 圓弧面滑動穩(wěn)定性 Bishop計算法 N S Si Si+1 Ni+1 Ni G ? o x ?? ?? ? ?? ??????( c o ss in ( c o s s in )Cl G tgG tg0楔體滑動 ? 楔形體滑動是常見的一種邊坡破壞形式。 滑坡的防治措施 防治措施大致分為減滑工程和抗滑工程，減滑工程在于改變滑坡的地形、土質(zhì)、地下水等狀態(tài)。常導(dǎo)致巷道支架破壞，設(shè)備移動和空間被堵塞，危害程度比一般礦山壓力顯現(xiàn)程度更為嚴(yán)重，在地下開采中易造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害。 （ 2） 沖擊地壓分類 沖擊地壓一般可根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)、顯現(xiàn)強(qiáng)度和發(fā)生的地點(diǎn)和位置的不同進(jìn)行分類。 （二）根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度分類 ? 彈射 : 一些單個碎塊從處于高應(yīng)力狀態(tài)下的煤或巖體上射落，并伴有強(qiáng)烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。 ? 弱沖擊 : 煤或巖石向已采空間拋出，但破壞性不很大，對支架、機(jī)器和設(shè)備基本上沒有損壞，圍巖產(chǎn)生震動，一般震級在 下，伴有很大聲響，產(chǎn)生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量瓦斯涌出。 ? 圍巖沖擊 : 發(fā)生在頂?shù)装鍘r層內(nèi)，根據(jù)位置有頂板沖擊和底板沖擊。由于平行于層面的摩擦阻力和側(cè)向阻力阻礙了煤體沿層面的移動，使煤體更加壓實，承受更高的壓力，積蓄較多的彈性能。 （ 2）能量理論 ：當(dāng)?shù)V體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量大于其破壞所消耗能量時，就會發(fā)生沖擊地壓