考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际，提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元，采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程，对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高；常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa，而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa，其残差平方和也均小于常规边界荷载；在断裂带附近，考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小，上盘岩体垂直应力也相对减小，下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大，符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律；隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力，以水平构造应力为主。     

基于洞壁实测信息的FA-PP岩爆预测模型应用研究

为了给岩爆隧道提供更加符合现场实际规律的岩爆预测结果，针对岩爆预测评价中应力判据界限值的多样性以及单一判据预测结果准确性低的特点，提出采用投影寻踪（PP）与萤火虫算法相结合的方法进行岩爆预测评价，解决了岩爆预测中采用多种应力判据时多项指标的模糊性和不兼容性等问题。此方法根据岩爆等级划分标准，构建了以实测数据、现场岩爆信息为基础的能够根据各项指标判定岩爆等级的投影指标函数，选取σ_θ/R_c，σ_t，σ₁三个岩爆评价中常用的指标，并采用萤火虫算法（FA）优化投影指标函数，寻求投影指标函数的最佳投影方向并求得最佳投影值，保证了此方法的精确性。研究结果表明：采用萤火虫投影寻踪算法（FA-PP）进行岩爆等级预测可避免传统预测方法中由于主观原因造成的误差，判定精度高，也免去了利用多项判定指标与现场实际情况进行对比而选择一个相对接近实际情况判据的繁杂过程；此方法可利用目标隧道的已知岩爆发生信息掌握其岩爆发生特点及对3个评价指标的敏感度，构建出符合目标隧道岩爆发生规律的FA-PP岩爆预测模型；以拉林铁路桑珠岭隧道为研究对象，将此方法应用到岩爆预测中，得到的预测结果与现场实测结果较为符合，验证了该方法的可靠性。     

基于残差平方和取舍常数项的地应力场反演分析

为提高地应力场的反演精度,通过文献调研发现,含与不含常数项回归模型被单独地用于反演岩体的初始地应力场,而这两类回归模型的反演结果是不相同的,因此反演结果较差的回归模型很可能被用于反演.为解决此问题,首先,结合概率统计理论提出了衡量应力实测值与计算值偏差程度的量化指标,此量化指标可以客观地选择最佳反演结果的回归模型;然后...     

基于交叉验证的XGBoost算法在岩爆烈度分级预测中的适用性探讨

为解决机器学习算法在样本较少时，所得岩爆烈度等级的预测结果存在可靠性不足的问题，采用一种基于交叉验证的XGBoost算法，并讨论其适用性。先选取岩石单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、洞室围岩最大切应力σθ、岩石弹性变形指数Wet以及岩体完整性系数KV等5个评价指标； 再以国内外岩爆实例数据为样本，通过多次交叉验证计算XGBoost算法岩爆预测准确率，与支持向量机算法、随机森林算法所得准确率比较； 最后对评价指标重要性进行分析。结果表明： 1）在样本较少时，样本划分和排序的随机性对预测结果影响较大，通过多次交叉验证求取预测结果平均值，可提高结果可靠性； 2）评价指标中KV与σθ重要性最大，σc重要性最小； 3）XGBoost算法具有较高的预测准确率，在岩爆烈度分级预测中具有一定适用性。     

基于应力判据法的拉林铁路岩爆烈度分级

把现有的判据直接应用于拉林铁路某一隧道的岩爆预测不能得到符合现场实际情况的岩爆预测结果，为了制定针对拉林铁路全线的岩爆烈度分级方案及应力判据，以拉林铁路桑珠岭隧道现场岩爆发育特征和规律、岩爆破坏形迹及kNN （k近邻分类）算法为基础，进行现场洞壁二次应力量测、现场岩样点荷载试验、基于二次修正地应力场的开挖模拟，提出了针对拉林铁路的岩爆烈度分级方案及应力判据，在通过桑珠岭隧道的岩爆预测准确性验证后将判据推广应用于拉林铁路典型岩爆隧道（祝拉岗隧道、达嘎拉隧道、岗木拉隧道）的岩爆预测中，并与现有判据的判定结果进行对比分析. 研究结果表明:针对拉林铁路而言，卢森判据会低估轻微岩爆的发生，但对中等岩爆的判定较好；王兰生判据判定的岩爆等级主要集中在轻微岩爆，没有正确判定实际发生的中等、强烈岩爆，表明其容易低估实际岩爆等级；关宝树判据判定的岩爆等级主要集中在强烈岩爆，基本没有正确判定实际发生的轻微、中等岩爆，容易高估实际岩爆等级；拉林铁路岩爆判据除了对中等岩爆的判定能力与卢森判据持平外，其各等级岩爆预测结果准确率均大于其余判据，更符合拉林铁路现场实际情况.      

地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆，提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解；基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测；应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下，恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力，裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力，垂直应力不变；如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测，当水平原位地应力大于竖向原位地应力时，得到的岩爆等级偏高，当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时，得到的岩爆预测位置与实际不一致，当水平原位地应力小于重力应力时，得到的岩爆等级偏低；桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%，若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.      

松散堆积体隧道围岩变形特征及围岩加固技术研究

为了探究松散堆积体隧道的围岩变形规律及有效的围岩加固措施,以九绵高速五里坡隧道为工程依托,首先基于现场资料建立数值模型进行施工动态模拟,研究松散堆积体隧道的变形特征并与现场监测情况进行对比分析;然后依据数值模拟结果提出适宜的围岩加固措施,并应用于现场试验段验证其有效性.结果 表明:松散堆积体地层开挖时对掌子面后方地层沉降、周边收敛的影响范围为6～10 m,加强此范围内的超前预加固对围岩变形控制有较好的效果;当前断面开挖时,水平收敛及拱顶沉降会出现明显突变,初期支护、系统锚杆及锁脚锚杆应在开挖后第一时间施作.五里坡隧道现场试验段采用加强超前小导管及锁脚锚杆参数并结合地表帷幕注浆的联合加固措施后,围岩变形得到了有效控制.     

高寒山区隧道温度场及冻害控制措施研究

为探究高寒山区隧道的冻害问题并提出针对性的措施,针对九绵高速白马隧道现场冻害情况,通过有限元模拟了山岭隧道洞口段的冻害问题,分析了寒区隧道在低温下的围岩与衬砌温度场及其随时空的变化规律,探究了不同位置的冻结深度及中央排水沟深度,并针对冻害问题提出针对性的措施,现场采取措施后有效减小了冻害的发生。研究表明：(1)隧道低温效应及围岩冻害沿纵向逐渐减弱,地表低温及隧道低温在洞5.6 m处冻结影响区出现分离,洞内10 m范围内衬砌温度变化较快,隧道的拱顶和拱肩更易发生冻害,拱脚最不易发生冻害;(2)衬砌温度降低呈现两段式,在50 d后,衬砌温度趋近于最终值,越往洞口外侧的围岩对温度越敏感;(3)隧道前地表受洞口拱底下侧围岩温度影响,在近洞口处冻结深度快速下降,洞口段山体表面在纵向上冻结深度缓慢下降到定值,拱底冻结深度最大可达5.43 m,拱底冻结深度前期增长较慢,20～50 d增长较快;(4)通过模拟发现保温层能减小拱底冻结深度,保温水沟能增大水沟温度,减小其受外界负温影响,现场采取相应措施后减小了隧道冻害的发生,监测的保温水沟温度变化验证了保温水沟的作用。     

小净距三洞并行公铁隧道近接施工及爆破振动影响研究

依托甬舟公路孙家湾1号隧道与甬舟铁路牛皮岭下隧道并行段，通过数值计算，对三洞并行隧道中间铁路隧道先行情况下，公路隧道施工顺序、二衬施作时机及工法步距开展研究，并探究了公路隧道爆破对中间铁路隧道二衬的影响，对孙家湾1号隧道的安全净距及在不同工况下的振速进行研究。主要研究结论为：(1)塑性区集中在开挖范围中下部及公路右线与铁路隧道中夹岩处，中间铁路隧道受公路隧道开挖扰动影响左右拱腰产生较大水平变形；(2)小净距三洞并行隧道中间铁路隧道先行，宜采用公路左线-公路右线的开挖顺序，铁路隧道二衬施作完后再施工公路隧道，采用CD法施工，并设置公路左右线步距为50 m;(3)对不同围岩级别、开挖进尺、工法的9种工况爆破施工对中间铁路隧道二衬影响进行探究，得出各工况下振速传播路径、最大部位、振速数值是否满足要求，并对爆破施工提出针对性意见；(4)Ⅳ级围岩、采用CD法施工，孙家湾1号隧道爆破施工极限安全净距为11.5 m,净距小于11.5 m时建议采用机械开挖。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...