超大断面隧道围岩等级稳健评定方法及应用

以济南绕城高速老虎山超大断面隧道为工程依托,借助CAE Sirovision双目立体摄影量测系统,快速实现掌子面区域岩体结构面信息的数字化表征及其概率分布模型的获取,以蒙特卡洛方法生成大量随机数,并使之符合其对应的概率分布函数,基于《工程岩体分级标准》中各评定标准,获取对应的随机分值,经统计分析得出各岩体水平计算结果的分布概型,由此对岩体质量进行了可靠评估,研究结果对该隧道施工工法转换、支护参数优化等提供了理论支撑。     

基于ASIFT与RANSAC算法的岩体结构三维重建方法研究

隧道开挖过程中岩体结构面信息获取的快慢和准确程度直接影响隧道施工的安全,针对三维重建算法效率低的问题,提出一种基于ASIFT与RANSAC算法的岩体结构三维重建方法和策略。首先采用普通数码相机快速获取一系列真实描述岩体结构的数字影像;然后针对岩体影像比例尺与倾斜角变化大、纹理相对贫乏的特点,采用ASIFT匹配算法与RANSAC误匹配点剔除算法来保证立体影像之间稀疏匹配的效率和可靠性;最后采用光束法联合平差方法对系列影像之间的相对位置与姿态进行求解,并综合利用核线几何约束、半全局匹配、多视最小二乘匹配等策略实现岩体影像的密集匹配,最终提取出岩体的三维信息。工程实践表明:基于ASIFT与RANSAC算法的岩体结构三维重建方法可以方便地实现工程岩体结构面完全非接触式测量,有效提高测量效率,避免测量人员暴露于未支护岩体下的危险。     

基于掌子面结构量化的公路隧道围岩分级方法

公路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计、施工及地下工程岩体稳定性评价和安全风险控制的重要依据,目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素,且在实际隧道工程中各级围岩的稳定性情况极为复杂,即使是同一级别的围岩,隧道稳定性也不尽相同。为了实现施工阶段围岩分级的可操作性与准确性,通过研究在公路隧道开挖时采集的隧道掌子面图像,利用MATLAB编程建立了照相测量围岩分级系统。根据岩体块度指标RBI的概念,向隧道轮廓线依次布设19条虚拟测线,以掌子面径向19个方位的RBI值综合评价了掌子面岩体结构的差异性。考虑结构面分布特征,结合掌子面节理玫瑰花图获取岩体结构综合量化指标Z-RBI,对掌子面进行了综合评价,得出了Z-RBI与岩体结构类型对应关系。综合考虑岩体坚硬程度、Z-RBI、地下水条件、初始地应力状态等主要分级指标,利用层次分析法,提出了隧道围岩BT分级方法及评价标准。实际工程应用表明:与传统的BQ法相比,BT分级方法获取的围岩等级更符合开挖后掌子面围岩的实际等级,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估。     

基于BP神经网络高风险隧道围岩判定模型的研究

针对铁路高风险隧道地质围岩复杂性、突变性的问题,基于BP神经网络构造了以岩体完整性系数、岩体质量指标、结构面强度系数、岩石单轴饱和抗压强度和地下水渗流量5个参数,进行高风险隧道围岩级别判定模型的研究。通过该模型对相关数据进行学习、训练以及回判和预测,实现判定围岩级别和实际围岩级别基本一致。     

节理发育岩体大跨公路隧道锚杆支护参数研究

针对节理发育岩体的单洞三车道大跨公路隧道,以宁波将军山隧道为工程背景,通过离散元手段考虑岩体的非连续力学行为,分析锚杆环向布置范围、环向间距、径向长度对隧道围岩稳定性及支护结构受力的影响,以围岩变形、塑性区、锚杆轴力为评价基准,得到较优的锚杆支护方案。结果表明,Ⅴ级围岩节理发育岩体隧道拱顶超前注浆环向布置210°、间距1.0m、长度4.0m的系统锚杆支护较合理。     

基于无人机技术的高陡危岩体参数获取及稳定性评价

以蓉遵高速公路K338+850上行线危岩带为背景,介绍了基于无人机倾斜摄影的公路高陡危岩体调查评价方法。采用无人机倾斜摄影技术获取带有坐标信息的高分辨率图像,基于SFM法合成三维高清实景模型,利用最小二乘法进行平面拟合提取坡面岩体结构特征,明确调查区7处危岩体特征。在此基础上,运用Rockfall软件对危岩体的运动路径及运动特征进行分析,研究高陡危岩崩塌对公路的危险性,采用赤平投影和定量分析方法对危岩体的稳定性进行评价。     

深埋隧道层状岩体破坏过程特征模型试验

针对深埋隧道层状岩体围岩变形破坏的复杂性,以渝沙高速公路共和隧道工程为背景,采用自行研制的弹脆性相似材料构筑层状岩体隧道物理模型,利用应变监测技术和内窥摄影技术,研究了层状岩体在不同荷载作用下围岩应力分布及变形破坏过程特征。结果表明：深部层状岩体受层理结构面的影响,围岩具有明显偏压特征;在沿层理面方向主要受到与其一致的应力挤压从而产生剪切破坏,垂直于层理方向的破坏呈X型裂纹且沿洞壁深部发展;掉落块体呈楔型体,隧道围岩破坏范围呈明显的不均现象;模型试验结果与现场测试结果基本一致,为理论分析深部层状岩体破坏机理提供了可靠的试验结果。     

基于熵权法和可拓学理论的隧道围岩质量评价

引入可拓学理论,建立隧道围岩质量评价物元模型,采用熵权法计算指标权重,选取岩石单轴饱和抗压强度RC、围岩质量指标RQD值、结构面摩擦系数Jf、节理间距Jd、地下水状态W、完整性系数Kv为评价指标,对坪子头隧道左线围岩质量等级进行评价,研究表明,基于熵权法的围岩质量可拓评价不仅取得了与工程地质报告相一致的评价结果,而且能客观反映待评围岩与相邻围岩等级之间的距离,从而提供更为准确的围岩级别,为隧道施工提供了科学依据。     

公路隧道围岩结构面调查分析

结构面是岩体的重要组成部分,是岩体区别于其他工程介质的本质差别。结构面的存在使岩体具有不均一性及各向异性,岩体的破坏机理在很大程度上受结构面的控制。而公路隧道围岩结构面的几何学及力学特征的调查研究是进行围岩稳定性扣隧道渗流分析的前提。文中在对江西省景德镇某高速公路隧道岩体结构面调查的基础上,利用DIPS、Excel等软件对各种结构面进行了统计分析,旨在弄清围岩结构的总体特征,找出优势结构面,为公路隧道围岩稳定性分析与渗流计算提供科学依据。     

隧道危石识别及防控研究现状与发展趋势

隧道危石垮塌防控是隧道安全建设面临的重大理论与技术难题,针对危石垮塌机理复杂且缺乏有效的探测技术及方法,难以对其实现有效防控的问题,在系统整理国内外研究资料的基础上,从隧道危石地质调查、危石识别理论、危石监测及控制方法3个方面总结了隧道危石识别与防控的研究现状。在隧道危石地质调查方面,数字罗盘接触测量、近景摄影测量、激光扫描已成为支撑隧道危石地质调查发展的三驾马车,初步形成了基于结构面网络模拟的三维岩体结构信息集成分析方法;在隧道危石识别方面,危石静态及动态识别理论研究取得长远发展,初步形成了静-动结合的隧道危石稳定性判识方法;在隧道危石监测及控制方面,虽然做了一些工作,但尚未形成有效的隧道危石监测及控制技术方法。随后结合笔者团队正在开展的研究工作,系统阐述了现有隧道危石防控理论及技术的不足,并对隧道危石防控对策进行了相关探讨,认为隧道危石防控的研究重点和趋势有以下3点：物-钻-表三位一体的岩体结构探测方法;岩体结构模型跨尺度联合重构方法;隧道危石"点-域"同步监测及靶向控制技术。研究结果可为广大研究者和应用者提供了一个探讨的基本框架,并为本领域研究提供了一定的参考。     

基于三维超像素分割的隧道围岩结构面智能识别方法

随着人工智能的不断发展，基于智能算法的快速、无损化隧道开挖面岩体特征识别方法，为在建或在役隧道地质灾害事故下的开挖面结构面调查提供了新思路。在开挖面三维全景图像的基础上，提出了三维SLIC超像素分割改进算法，将三维Mesh图像的基本元素——三角面(Triangle)按照颜色、空间坐标、法向量等指标进行聚类分组，以获取开挖面三维超像素；提出了基于角度差异性的结构面提取算法，对超像素进行逐一筛选，获取开挖面节理裂隙识别结果；基于此，进一步提出了基于无监督聚类学习的多级聚类围岩结构特征融合算法，将围岩节理裂隙识别结果进行聚类，获取开挖面的优势结构面组和大型跨里程结构面组；最后，结合浙江虎溪台隧道的21组开挖面三维图像数据对所提出算法进行了验证。结果表明：所提出算法的识别结果与地勘资料中2个主要结构面方向的倾向误差不超过14.8°,倾角误差不超过17.8°,验证了所提出算法有效性，该方法能较为准确地反映隧道围岩的结构面信息，并为隧道开挖面的结构面三维信息识别与评估提供了一种新的思路与方法。     

隧道工程裂隙围岩结构稳定可靠性研究综述

在裂隙岩体隧道工程修建领域，大体量塌方、渐进式围岩失稳、巨石垮落等地质灾害时有发生，虽然近几年针对隧道工程的勘察手段、理论模型、数值方法及评价体系研究等很多，但围岩稳定可靠性作为隧道等地下工程修建的“老大难”问题仍未得到解决。数据不完备的复杂地质系统与理论严密的力学模型之间严重脱节,已然成为确定性分析方法的“瓶颈”； 单一的分析手段或确定性计算方法均无法获取准确的评价结果。不同于纯粹的结构工程，有着比较明确的数学模型，裂隙岩体隧道工程修建最为显著的特点就是岩体结构的不确定性问题。从岩体结构的不确定性这一根本属性出发，分别在裂隙岩体结构信息提取与解译、隧道围岩整体稳定性分析、局部块体稳定可靠性分析以及隧道工程智能反馈与系统评估4个方面进行概述，并对存在的问题及发展趋势进行针对性总结与探究。     

CCS水电站引水隧洞双护盾TBM施工围岩分类研究

为了对双护盾TBM隧洞施工中的围岩进行分类,以厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞为例,参考RMR围岩分类方法,通过伸缩护盾的间隙和刀盘的空隙对洞壁和掌子面围岩进行观测,结合岩渣及掘进参数,获取岩石的质量指标RQD、节理间距和节理性状等信息。通过综合分析,选取岩石的回弹值、围岩的完整性、岩石的质量指标RQD、刀盘推力、刀盘扭矩、片状岩渣含量和地下水渗流量作为围岩分类的指标,然后对7个指标分别赋值,建立围岩的分类标准,并通过求和的方法进行综合围岩分类。分类结果表明:选取的7个指标可以克服双护盾TBM施工时无法对围岩进行全面地质素描的困难,可以满足TBM快速施工的需要,并且能较真实地反映围岩的情况,分类结果可靠。     

关于岩石评价中RQD与Kv统一性的探讨

岩体完整性评价对隧道工程具有重要的意义,岩体完整程度的定量分类除体积节理数外,主要依托波速测试,获取Kv进行定量分类。RQD作为评价岩体好坏的一种统计方法,其本质上也是一种岩体完整程度的定量分析手段。本文重点通过某矿区3个钻孔岩体的声波测试及岩芯实测RQD的对比分析,提出了Kv与RQD的统一性问题,并提出了两者统一的建议指标值,对于岩石的评价的理论研究与生产实践具有一定的指导意义和参考价值。     

薄基岩顶板隧道爆破施工围岩稳定性分析

为更有效地进行薄基岩顶板条件下隧道施工安全控制,以某高速公路隧道为工程背景,运用数值模拟的方法,分别研究不同顶板厚度下隧道爆破施工引起的围岩振速分布特征及其对围岩的损伤情况,并进行围岩稳定性分析。结果表明:1)当顶板厚度在5 m及以上时,围岩是稳定的;2)当顶板厚度为3 m时,最危险横断面上基岩顶板内开始产生严重的拉伸裂缝及一些径向裂缝,将形成超挖;3)当顶板厚度≤2 m时,径向裂缝贯穿顶板岩体,围岩稳定性较差,在掌子面后1 m内可能发生塌落、掉块等事故。     

山岭公路隧道围岩力学参数估计

隧道围岩力学是可根据推广后的Hoek—Brown准则进行估计,但确定地质强度指标GSI值时对岩体结构的划分缺乏定量的描述,为了使隧道围岩结构的描述定量化,将Bieniawski的RMR岩体分级评分系统引进,对GSI取值进行定量化修正,并通过算例说明方法的应用,这为隧道围岩力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。     

无人机三维实景建模技术在路堑边坡地质信息提取中的应用

简述了无人机摄影技术和三维实景建模技术的基本原理和工作流程,选取南宁市大明山保护区三宝至天坪区公路的2段路堑边坡,采用无人机三维实景建模技术,通过航拍和影像数据处理,构建三维实景模型,提取岩体结构面参数、危岩体尺寸等几何信息,工程实例研究和验证表明,无人机三维实景地质建模可视化效果良好,较好地保留和反映了相关地质信息和空间位置信息,对边坡几何信息的识别度和准确性较高,实现了地质信息的数字化、可存储性、可溯性和可度量性,可为公路边坡稳定性分析评价和地质灾害防治提供依据。     

断层影响下隧道围岩稳定性的数值分析

断层等软弱结构面是隧道工程中最常见的一类规模较大的地质不连续面。诸多工程实践和研究表明,隧道围岩的变形与破坏大多受到断层等软弱结构面的控制。结合大华岭隧道施工过程,根据隧址区断层实际走向、断层面产状与隧道轴线不同夹角,利用基于有限元方法的岩土与隧道分析系统(MIDAS/GTS)对断层影响下的隧道围岩稳定性进行数值模拟分析,以DX(V)位移等值线数据分析为例,分析了特定施工段支护前后沉降对比及位移量,讨论了围岩和支护体系的结构状态及工程效果。该方法可为同类隧道设计、施工和研究提供有益借鉴。     

位移联图反分析法在雪峰山隧道的应用

初始地应力、围岩弹性模量是在岩体工程设计中2个重要参数,采用位移联图反分析法,结合雪峰山隧道具体的施工和监测数据,建立有限元模型对这两个参数进行反分析.在反分析的过程中,对量测的隧道周边变形数据进行了处理,采用适当的方法,考虑了隧道变形的时间效应、空间效应.     

位移联图反分析法在雪峰山隧道的应用

初始地应力、围岩弹性模量是在岩体工程设计中2个重要参数，采用位移联图反分析法，结合雪峰山隧道具体的施工和监测数据，建立有限元模型对这两个参数进行反分析。在反分析的过程中，对量测的隧道周边变形数据进行了处理，采用适当的方法，考虑了隧道变形的时间效应、空间效应。