基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

龙潭隧道围岩参数与地应力场联合反演

龙潭隧道是沪蓉国道主干线湖北境内一条主要隧道,它的全长近8 900 m,埋深约500 m,为典型的深埋长隧道.隧道经过地区的地质条件复杂、地应力较大.为了合理地计算围岩稳定性,利用实测位移信息,进行了围岩参数和地应力场的反演.基于实测收敛位移,采用进化神经网络法,提出了一种围岩参数和地应力场联合反演的新方法,并利用该方法对龙潭隧道多个典型断面进行了反演研究.为了验证反演结果,采用反演得到的围岩参数和地应力场进行了数值计算,其计算结果和实际情况吻合.计算结果表明,通过反演,能得到反映整个隧道围岩参数和地应力场的基本参数,反演结果能较好地反映实际情况.     

公路隧道围岩变形破坏理论研究

采用理论分析、数值模拟以及现场监控量测等手段对公路隧道围岩变形破坏理论进行较深入的研究。通过分析开挖过程中围岩损伤演化,获得了损伤变量与围岩材料参数之间的关系,提出了围岩力学参数的预测方法。通过岩体破坏机理、围岩损伤应力影响范围以及影响围岩稳定性的各个因素综合研究,建立了卸荷状态下的围岩损伤本构关系和基于能量耗散的损伤本构模型。基于一般弹塑性数值分析原理,建立了考虑围岩参数劣化过程的隧道围岩损伤演化分析方法,分析了开挖应力状态下隧道围岩的弹塑性损伤演化机理。建立了基于经验公式和基于围岩渐进性破坏理论的公路隧道围岩压力演化趋势及预测模型,提出了公路隧道围岩压力演化趋势的预测方法。     

下穿重载公路隧道变形模拟分析

鹰窝山隧道浅埋段下穿以运煤车辆为主的锦赤公路。车辆超载现象严重,隧道围岩为全风化花岗岩,围岩稳定性极差。在隧道施工过程中必须保证公路正常运营,施工难度大。基于现场试验获得了围岩物理力学参数,采用数值方法对施工方案进行了三维数值模拟,计算结果和隧道变形结果均表明,所采用下穿公路的隧道施工方案是合理的,保证了隧道施工安全和下穿公路的安全。     

高地应力隧道施工对围岩应力与变形的影响研究

依据围岩稳定性理论,通过数值模拟方法,针对参数变化较大的几类围岩及参数在小范围变化的同一类围岩在高地应力圆形隧道施工过程中围岩应力与变形的表现形式,建立大量数值模型进行分析。结果表明：围岩较好的隧道主要应解决高地应力集中问题,围岩较软弱的隧道主要应解决变形问题;围岩参数小范围变化时,对围岩应力影响由大到小的参数依次为内摩擦角、粘聚力、泊松比、弹性模量,对围岩变形影响由大到小的参数依次为弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。     

铁路隧道洞口合理抗震设防长度

为确定隧道洞口段衬砌的合理设防长度,使隧道结构抗减震性能达到最优,以单线140 km/h、跨度6.4 m的铁路隧道为例,采用数值模拟方法,建立了隧道洞口段的动力分析模型;分析了围岩条件、衬砌物理力学参数等因素对地震作用下隧道洞口段衬砌内力响应的影响,讨论了围岩加速度响应和衬砌结构内力响应规律.数值模拟结果表明:距离超过洞口段3倍隧道跨度后,衬砌结构内力响应明显减小;振动台试验结果表明:洞口段抗震设防长度为3倍隧道跨度时,减震效果显著,验证了抗震设防长度的合理性.      

隧道底部溶洞对围岩变形特性的影响分析

运用二维弹塑性分析研究了隧道底部不同大小、不同距离的溶洞分布对隧道围岩周边变形的影响.研究结果表明:隧道底部溶洞对隧道顶、底边界的竖向位移有明显的影响,而对其水平位移无影响;对隧道侧壁的围岩的沿水平和竖向变形均有明显的影响;对应力集中的影响主要表现在隧道侧墙墙脚.     

无衬砌浅埋隧洞松散压力的数值分析法

将极限平衡理论和弹塑性理论相结合,利用ANSYS和FLAC3D数值分析软件来计算浅埋隧道松散压力。计算时先将土体强度参数进行折减,隧道开挖后不做衬砌,在拱顶施加与重力方向相反的节点力,通过调整施加的反力大小使隧道处于破坏极限状态,即极限平衡状态;通过软件是否收敛来判断隧道是否破坏。该方法考虑了土体材料的特殊性,有严格的力学依据,计算结果与实际情况更加接近,为求解浅埋隧道松散压力提供了一种新的方法。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．     

隧道抗震仰拱形式优化分析

借助大型有限元软件ANSYS对隧道的地震反应进行数值模拟研究,确定计算模型并选取适当的材料参数,利用EL.Centro地震波研究处于特定条件下仰拱形式不同的隧道,分析隧道衬砌的位移、应力变化情况,确定不同围岩条件下适宜的隧道仰拱曲率半径,优化隧道仰拱形式。     

智能三维位移反分析法在浅埋偏压隧道中的应用

支持向量机（Support Vector Machines,SVM）算法具有小样本、全局优化和泛化性能好的优点,且不存在过拟合的弊病.结合张石高速北口隧道浅埋偏压段的施工,将一种改进的支持向量机算法引入隧道工程位移反分析,并采用遗传算法在样本训练阶段自动搜索训练效果最优的SVM参数,建立起围岩力学和初始地应力参数与洞周位移的非线性SVM映射;然后,以遗传算法在围岩力学和初始地应力参数范围内,自动搜索能使SVM计算位移与实测位移最接近的参数组合,完成围岩力学和初始地应力参数的智能辨识.应用结果表明,这种新型的智能位移反分析法能在监测数据有限的情况下,高精度地反演辨识围岩力学与初始地应力场参数,为围岩变形超前预报提供计算参数以指导施工,并为类似工程提供借鉴.     

基于隧道围岩监控量测的位移反演实践

基于隧道围岩监控量测的位移反分析能够充分考虑施工过程中各种因素的影响,获得更接近工程实际的岩体力学参数,能有效指导隧道的动态设计和信息化施工,因而对于复杂地质条件下隧道及地下工程的设计、施工具有重要意义.     

隧道瞬变电磁法地电参数敏感度分析

为探讨瞬变电磁法用于隧道超前预报时瞬变电磁场的特点,用ANSYS模拟了层状半空间和地下全空间瞬变电磁场的传播特性．通过改变低阻异常体的埋深、半径、电阻率及高阻围岩的电阻率,得到了瞬变电磁场探测结果对各参数的敏感程度,并对探测结果进行拟合,得到了相应的函数特性．结果表明：地下全空间瞬变涡流场的传播表现为“水波效应”,而非层状半空间的“烟圈效应”;隧道中低阻体地电参数变化将显著改变二次场的时域特性．是隧道电磁法的敏感参数：高阻围岩电导率变化对二次场时域特性的影响不大．是不敏感参数．     

层状围岩隧道受力特征分析及支护参数确定

当隧道在层状围岩中通过时,根据隧道轴线方向与岩层的空间关系不同,往往引起偏压等问题,从而使支护受偏压荷载。目前《公路隧道设计规范》中建议的隧道复合式衬砌设计参数主要针对普遍地质情况,而对于层状岩体中的公路隧道支护参数没有具体规定。采用数值分析的方法,建立相应的计算模型,系统分析了不同倾角情况及隧道轴线与岩层走向不同夹角下层状岩体隧道的受力特征,提出了不对称支护参数设计理念,并初步确定了不同岩层倾角下隧道的支护参数。     

阳宗隧道试验段动态开挖过程的数值模拟研究

根据昆明—石林高速公路阳宗隧道S5型支护衬砌设计优化调整方案和XK38+926断面现场监控量测数据,进行位移反分析,得到计算所需的围岩弹性模量E和侧压力系数K_0;然后运用有限元方法,对其试验洞段上下台阶开挖动态施工过程进行仿真数值模拟研究,从而反馈调整和指导施工。     

高速公路与铁路交叉工程中隧道围岩注浆加固的数值分析

厦蓉线高速公路扩建工程与龙厦铁路象山隧道交叉,为确保隧道安全,采用注浆方案加强铁路隧道围岩,提高其强度及稳定性.就注浆方案对隧道岩压力进行数值分析,确保注浆方案对象山隧道不会产生不利影响,可为类似工程提供借鉴与参考.     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。     

锁脚锚杆在软弱围岩隧道中的应用

在研究锁脚锚杆作用机理的基础上,对软弱国岩隧道采用锁脚锚杆时的支护效果进行分析,应用有限元分析软件MIDAS/GTS进行数值模拟、计算和分析.分析结果表明,合理的锁脚锚杆长度和打入角度不仅能够有效地限制围岩的变形程度,而且有利于发挥支护结构承载能力.经过不断计算,一般土质隧道的锁脚锚杆的适宜长度大约为3～3.5m;锁脚锚杆打入角度为0°时,拱顶下沉量及净空收敛量最少.     

应力剪胀对浅埋偏压隧道破坏面形状的影响

采用有限差分软件,对浅埋偏压单线铁路隧道和四车道公路隧道进行数值模拟。研究了围岩的松动土体力学行为,主要考虑应力剪胀对浅埋偏压隧道破坏面形状的影响,并将数值模拟的结果与规范理论解进行了比较。结果表明：剪胀角对浅埋偏压隧道围岩位移和破坏面形状有较大影响。因此,在确定浅埋偏压隧道围岩松动压力时应该考虑剪胀对破坏面形状的影响。     

某悬索桥隧道锚岩体与结构安全评估

采用ANSYS软件对某悬索桥隧道锚碇系统进行二维弹塑性数值模拟,分析隧道锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及时效特性,对锚碇与围岩间相互作用和锚碇结构安全进行了研究。