基于隧道现场施工监测数据的动态反分析

以深圳莲盐高速公路隧道为背景,基于现场的监测数据,采用动态增量优化反演分析的方法反演隧道围岩的岩体力学参数;利用反演得到的力学参数,结合施工过程对后续施工断面围岩的变形进行了预测分析。结果表明,预报值与实测值吻合得较好,能有效指导隧道的信息化施工和动态设计,也是隧道数字化工程中不可或缺的部分。     

基于遗传算法的BP神经网络在隧道围岩参数反演和变形预测中的应用

隧道变形的准确预测需要以可靠的围岩力学参数为前提。文章通过构建基于遗传算法的BP神经网络智能反分析系统(GA-BP),实现了遗传算法自动搜索BP网络参数,大大提高了反演分析的效率,并将构建的GABP智能反分析系统应用到下穿沈丹高速公路的大顶山隧道围岩参数反演和变形预测中。分析结果表明,GA-BP反分析系统收敛速度较快,围岩参数反演和变形预测较为准确。     

地下隧洞工程弹性反演唯一性的探讨

对于地下隧洞工程,依据完备的量测信息开展弹性反分析,可望唯一反演确定岩土力学参数.文章利用平面弹性复变方法和一般弹性理论推导出任意形状隧洞的位移、应力解析表达式;基于隧洞围岩位移、应力解析解,依据参数可辨识条件探讨了地下隧洞工程弹性反演参数的唯一性,并通过算例进行了验证.研究表明,依据完备的量测信息开展弹性反分析,只要测点布置方式适当,反演参数满足相应的限定条件,五个参数(σv、σh、τ、E、μ)和同时反演具有唯一性.参数反演唯一性对参数的限制条件及对测点布置方式的要求受隧洞形状复杂性的影响,随着隧洞复杂性的提高对参数的限制条件大为减少,对测点布置方式的要求也会降低.算例结果表明,结论是正确的.     

深部巷道围岩支护阻力确定及其应用

文章通过理论计算获取围岩压力与位移,通过绘制P-U图分析支护与位移的关系,以此确定深部巷道围岩支护阻力。分析认为:在对深部巷道围岩压力和位移进行量化计算的基础上,可以确定深部巷道围岩支护阻力范围;利用P-U图中围岩与支护的关系,可选择合理的支护技术方案和支护时间。该方法在龙固煤矿主泵房洞室支护中进行了应用,结果表明:(1)采用实际围岩力学参数计算出的巷道围岩压力和位移符合工程实际,深部主泵房洞室围岩支护阻力的合理范围为4~6 MPa;(2)深部巷道的支护技术方案和支护时间可以依据支护阻力和P-U图确定;(3)该研究成果已成功用于煤矿工程实践。     

楞古水电站地下厂房围岩分级研究

围岩分级是水电工程地下洞室设计和施工重点关注的问题,因此确定合理的围岩级别对工程设计和施工具有重要意义。文章依托楞古水电站地下厂房工程,采用HC分级、[BQ]分级、Q分级和RMR分级等方法对地下洞室围岩级别进行了研究并采用回归方法对各系统分值进行了相关性分析。结果表明:对大跨度地下洞室进行围岩分级时,同时采用HC、[BQ]、Q和RMR等分级方法进行围岩级别划分,更有利于确定合理的围岩综合分级;在岩体的块度、完整性受结构面控制时,HC分级与RMR分级结果吻合度更高。     

Q值与围岩力学参数的相关性分析与工程应用

为了验证Q系统围岩分级及支护设计方法在大型地下洞室的适用性,文章依托锦州大型地下储油洞库工程,基于现场Q值统计数据与地质素描成果,并结合Q值相关的经验公式,建立了Q值与RMR值、BQ值的数学函数关系,得到了Q值与围岩主要力学参数的相关性,并提出了现场Q值快速获取的方法。研究结果表明,Q值与RMR值成对数函数关系,相关系数高达0.99,两种方法得到的围岩分级基本相同;Q值与BQ值成线性函数关系,相关系数高达0.92;在Q值及RMR值较小时,由BQ法得到的围岩分级与上述两者基本相同,但当Q值及RMR值较大,由此得到的围岩级别较高时,由BQ值得到的围岩级别大约相差一个级别。文章建立了Q值相关常用数据定量表,在无法取得现场实测值的情况下,可通过查表得到相对较为准确的参数值。     

地震动参数对地下洞室安全系数的影响分析

为解决地震作用下地下洞室围岩安全的定量评价问题,文章建立了一种基于整体安全系数和点安全系数的围岩稳定综合评判方法。首先给出了基于岩体抗剪强度折减原理的洞室整体安全系数计算方法,该方法以主厂房和主变洞之间的塑性区恰好贯通作为洞室整体失稳的临界判据,整体安全系数通过搜索折减系数而得到;然后给出了基于Mohr-Coulomb屈服准则的点安全系数计算方法。结合西南某水电站地下厂房洞室工程,研究了不同地震动输入参数对洞室整体安全系数和关键部位的点安全系数的影响规律。计算结果表明,基于安全系数的地下洞室围岩稳定定量评价方法是可行的,能够反映不同工况下洞室整体安全程度和不同部位的局部安全程度。研究发现,洞室整体安全系数和关键点安全系数均随地震波振幅、持时的增加而减小;随入射角的增加而增大;地震波低频对洞室影响较大,高频则影响较小。     

动态增量位移正算反演分析及其在隧道工程中的应用

为了优化隧道围岩物理力学参数的反演方法并提高运算速度,文章提出了隧道工程动态增量位移正算反演分析法,并将该方法应用于青岛胶州湾海底隧道工程;建立了弹塑性动态增量位移反演预测模型,改进了传统的弹塑性正演优化反分析方法,衍生了作简化分析的基于施工过程的线弹性动态增量位移反演正算反分析方法;对青岛胶州湾海底隧道三个施工段计算位移和实测位移进行了比较。研究结果表明,动态增量位移反演正算反分析方法可反映动态施工过程中任意施工阶段间的增量量测信息,为变形控制技术的实施提供有力的保证;与传统的弹塑性正演优化反分析方法相比,可以提高效率,保证计算精度。     

基于位移-应力多元信息的公路隧道智能反分析研究

考虑到位移反演单一控制条件的局限性,文章提出基于位移-应力的多元信息联合智能反分析方法。该方法基于差异进化算法(DE算法)的控制变量少、收敛速度快、适应性强等诸多优点,将自动化采集系统与三维数值模拟相结合,对隧道施_T过程进行实时监测、反馈、分析。文章以抚松隧道工程为例,首先根据抚松隧道的地质和施工设计特点,在ZK276+354断面处布设传感器,采集施工过程中的测点位移、应力等数据;然后建立复杂三维精细化数值模型,设计25组正交方案进行正算,通过极差分析和拟合方法建立围岩各参数与位移值、应力值之间的映射关系回归模型;联合传感器监测数据和常规监测数据进行位移-应力反分析,搜索获得准确的围岩力学参数。结果表明该联合反演方法可以为隧道施工安全提供重要参考。     

紧邻基坑开挖的PHC桩侧向变形的预测

根据某基坑开挖期间的环境监测的实测数据，运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法反演了基坑软土的力学参数，研究表明了该方法合理有效；基于反分析的地层参数，预测了紧邻基坑开挖的PHC桩的被动侧向变形，结果表明计算值与实测值较接近。为今后类似工程的预测提供了参考。     

基于槽壁稳定性的地下连续墙成槽施工泥浆重度计算方法

文章采用极限平衡法,分别建立了地下连续墙成槽施工槽壁土体整体稳定性和局部稳定性力学模型,推导得到了保证槽壁稳定的成槽施工泥浆重度临界值计算公式,形成了基于槽壁稳定性的地下连续墙成槽施工泥浆重度设计方法,并进行了实例应用。结果表明:所建立的泥浆重度设计计算方法是可靠的,且在类似工程的松散砂卵地层中,宜采用考虑槽壁局部稳定时的泥浆设重度计算值。     

富水地层盾构管廊工程岩土体参数反演与掌子面稳定性分析

文章以沈阳富水地层盾构管廊工程为研究背景,对土压平衡盾构开挖引起的地表竖向位移和水平位移进行监测,并分析位移的变化规律。以现场测量得到的位移监测值为基础,基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,利用Fortran语言编制位移反分析程序,并采用正交设计和ABAQUS数值计算进行参数反演。考虑静止土压力、主动土压力和被动土压力对掌子面稳定性的影响,根据反演的参数对盾构廊道掌子面的支护压力进行分析。研究结果表明:所建立的PSO-BP参数反演分析方法是一种可行、有效的反分析方法。当支护压力比λ=0.4时,掌子面处于极限状态;随着支护压力比的减小,地表沉降呈增大趋势。当考虑地下水作用时,为了保证掌子面的稳定需要增加支护压力;当支护压力比λ=0.6时,掌子面处于极限状态。     

大型地下车站洞室结构设计施工技术

红旗河沟车站是重庆轻轨3号线与地铁6号线的地下换乘车站,也是当前全亚洲建设规模最大的地下暗挖车站.依托该工程,介绍了大型浅埋暗挖洞室主体结构设计方法、支护衬砌设计与施工技术,包括洞群组成、主洞与附属洞的衔接方式、埋置深度确定、主洞断面设计、高边墙式大断面主洞开挖工法、支护类型等；着重研究了十字交叉节点的结构设计方法,并采用有限元方法进行了结构受力特征分析与开挖过程施工力学计算.通过施工过程的力学分析与精细化设计,红旗河沟车站成功建成,相关设计施工方法对今后类似超大型地下洞室工程具有一定参考价值.     

暗挖大跨地铁车站增量位移反分析研究

文章采用均匀设计法对围岩密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角5个因素的16个水平进行了数值仿真试验设计,并借助有限差分法对暗挖大跨地铁车站施工进行了三维计算,获得了不同试验设计条件下不同工序的地表沉降位移值。以计算结果中临时支撑拆除引起的11个观察点的增量位移作为BP神经网络的输入集,以相应工况的岩土体参数作为BP神经网络的输出集,完成了BP神经网络的训练和学习工作;然后将现场实测到的临时支撑拆除导致的位移作为BP神经网络的输入参数,反演出了相应的岩土体参数;最后将该套反演参数代入FLAC3D进行三维仿真计算,得到了岩土体的位移结果,并采用现场实测的7个测点的地表沉降增量对该套参数的合理性进行验证。结果表明,以临时支撑拆除这一工序引起的地表沉降增量为考察指标,采用均匀设计法和BP神经网络可以快速有效地获得暗挖大跨地铁车站围岩的等效物理力学参数,指导暗挖大跨地铁车站的设计与施工,保证工程施工和周边环境安全。     

软围岩地质条件下山区高速公路隧道施工技术

文章针对软围岩地质特征及形变特征,采用形变量、形变时长等参数对围岩的扰动范围进行预判,从理论模型和计算模型两个维度分析了在软围岩地质区域进行隧道施工所具备的特定条件和技术,并以广西桂柳高速公路软围岩隧道区域为工程实例,对软围岩地质条件下的隧道横断面设计、力学参数分析以及实际的施工过程进行了探讨。     

基于监测结果的快速反馈分析在上海虹源盛世工程中的应用

针对虹源盛世超大深基坑工程复杂多样的围护结构、各向异性非均质软土地层、复杂施工工况及卸载形式等综合条件下,土体等效参数位移反分析难题,采用FEM与Nelder-Mead优化反演相结合方法,在扰动位移监测数据的基础上,通过目标参数和误差控制函数条件下的优化迭代拟合,快速反演获得工程区域土体等效弹性参数并将反演结果用于基坑后续工序的扰动位移及稳定性预测计算。结果表明,该方法可以有效避免FEM反问题计算的复杂性和收敛的不确定性,获得更加符合工程场地实际的等效力学参数,提高后续工程扰动位移场及技术风险预测的准确性和可靠性。     

某地下洞室群分步开挖支护的非连续变形分析

文章分别从岩体的分步支护以及相应的收敛准则两方面对已有的非连续变形分析程序进行了改进,并应用改进的程序分析了含有随机节理的某大型水电站地下洞室群的围岩稳定问题,着重研究了施工因素的影响,突出了对分步开挖支护过程的模拟计算分析,并且通过与实际工程监测值的比较,验证了该方法的有效性。通过围岩破坏区深度和关键点的位移比较了三大洞室(主厂房,主变室,尾调室)不同的开挖顺序对围岩稳定性的影响和重点支护的关键部位,并对支护方案进行了优化。研究结果表明,此工程中先开挖主厂房与尾调室,再开挖主变室为最优开挖顺序,并且尾水调压室为洞室群支护的关键部位,可以通过在关键位置增加锚索支护的方式改善其围岩的应力状态。     

冻融条件下的寒区隧道围岩压力计算方法

为了明确寒区隧道承受的围岩荷载,给其支护结构设计提供科学依据,节约隧道建设成本,文章针对围岩压力的计算方法进行了研究。分析并给出了不同冻土段考虑冻融作用的围岩压力计算方法:工程冻土段的围岩压力不考虑冻、融条件的影响,可直接用《公路隧道设计规范》的方法进行计算;多年冻土段浅埋隧道围岩压力,在融化条件下采用文章推导提出的公式计算;其余情况下围岩压力采用《公路隧道设计规范》中的方法进行计算,并根据冻融条件,分别采用冻、融条件下的围岩力学指标标准值,其中多年冻土深埋段围岩压力不考虑冻、融条件的影响,均取融化条件下的围岩力学参数进行计算。最后将该方法应用于姜路岭隧道设计荷载计算分析中加以阐释。     

基于遗传算法的盾构隧道管片接头刚度反演研究北大核心CSCD

梁-弹簧模型在管片衬砌结构计算中应用较广泛,目前接头刚度取值方法主要有模型试验法及经验取值法,模型试验法耗时长、成本高昂,而依据经验取值难免存在一定主观性。鉴于此,利用C++编程语言,基于遗传算法开发了盾构隧道管片结构位移反分析程序,首先通过弹性模量值反演算例,得出反演值与理论值误差为1.4%,验证了算法和程序的可行性。利用程序将反演接头刚度值与实际设计案例管片接头刚度值进行对比,反演计算结果表明:正弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为2.6%,负弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为4.3%。     

锦屏二级水电站交叉隧洞模型试验研究

多洞室交叉处围岩力学状况目前国内外研究相对较少。文章以锦屏二级水电站3#引水隧洞三洞交叉段为工程背景,为了解交叉洞室对围岩的影响,进行了三维地质力学模型试验;通过两组试验,有效地揭露了交叉洞室间的相互影响,以及开挖与支护方法对围岩稳定性的影响。最后通过超载试验,确定了交叉洞室的破坏模式及其破坏过程;试验结果为指导施工提供了依据。