基于熵权-云模型的隧道围岩分级方法研究

针对隧道围岩分级中的模糊性和随机性,文章将隧道围岩分级体系作为一个模糊系统,选取6个参数作为评价指标,基于熵权法和云模型提出了隧道围岩分级方法。利用正态正向云发生器生成了各评价指标隶属各围岩等级的云模型,并结合熵权法计算出客观权重值,得到了待评样本的综合确定度,从而确定隧道围岩等级。熵权-云模型将评价指标与围岩等级间的模糊性和随机性有机结合,实现了评价指标由定性描述到定量数值的转化,克服了传统隧道围岩分级方法固定评价模式的缺陷。最后,利用熵权-云模型对祥和隧道的5个洞段进行了围岩分级,分级结果与模糊层次分析等方法的结果相符,表明了该方法在隧道围岩分级中的可行性和可靠性,为隧道围岩分级提供了新思路。     

基于人工神经网络的梅关隧道围岩级别判别

隧道围岩分级是隧道结构设计的前提工作,也是确保隧道施工安全的关键技术.文章应用神经网络的联想记忆功能,以隧道围岩5个级别作为训练标本,建立隧道围岩与分级指标岩体完整性、岩块强度特性、结构面间的平均距离、结构面状态、岩体的水力条件和地应力场状态之间对应关系的BP判定模型,并将分级结果与模糊系统分级和地质勘查分级法进行对比,效果良好.利用人工神经网络模型为隧道围岩分级提供了一条新途径.     

第三系泥岩工程特性与仰拱施工技术研究

针对隧道仰拱施工期间地下水汇聚和开挖扰动造成第三系泥岩软化强度降低的问题,通过现场取样进行室内试验,研究结果表明,第三系泥岩在自然状态下的单轴抗压强度和含水率呈反相关关系,饱和状态下的单轴抗压强度明显降低,软化效果明显,软化后地基承载力不能满足设计要求。施工中对不同路径的水流实行分类归集以降低水对围岩的劣化影响,基底回填碎石注浆加固措施解决了仰拱开挖后渗水通道和围岩扰动软化问题,后期注浆加固后也有效解决了地基承载力不足的问题。富水地段增设独立纵横向排水系统使仰拱基底积水在达到压力条件下能够及时排出,避免了运营后由于地下水的影响导致基岩软化可能造成的基底病害。该技术在浩吉铁路中条山隧道得到了较好的应用效果。     

近水平红层公路隧道围岩分级指标初探

在公路隧道设计和施工中,准确的隧道围岩分级是评价隧道稳定性、确保隧道建设与运营安全的前提。在近水平红层公路隧道的施工中,采用现行公路隧道围岩分级方法对近水平红层围岩进行分级,分级结果与围岩自稳能力所反映出的隧道实际围岩级别之间有很大差异。文章在分析近水平红层公路隧道围岩工程特性的基础上,研究了造成分级结果差异的原因,尝试对围岩分级指标中的地下水影响修正系数进行修正,增加了层厚影响系数,使现有公路隧道围岩分级方法适用于近水平红层公路隧道的围岩分级。利用实际工程对分级指标的适用性进行初步验证,采用修正后指标进行围岩分级得到的结果,能够满足近水平红层公路隧道设计与施工中对围岩稳定性评价的要求。     

铁路隧道施工阶段监测等级划分方法及应用

铁路隧道施工阶段监控量测是保障信息化施工的重要手段，目前关于隧道监控量测项目及内容主要通过围岩级别定性判定，未建立统一的定量化评价体系。基于风险分析理论，依据隧道发生风险概率指数与风险后果指数，建立铁路隧道施工阶段监测等级及划分方法。将未确知测度理论作为风险概率指数评价方法，选取岩石风化程度、岩石质量指标和单轴饱和抗压强度等8个影响指标，构建指标测度函数，结合改进层次分析法对各评价指标进行赋权，依照置信度识别准则判定风险概率指数，定量计算监测等级指数确定监控量测等级及相应的监测内容。以渝昆铁路小草坝隧道为例，对该隧道3个里程区段进行施工阶段监测等级划分，评价结果显示DK344+200～DK344+220区段监测等级为C。     

黄土公路隧道围岩级别划分浅论

围岩分级是隧道设计中的重要内容,也是新奥法隧道设计的基础资料.目前隧道设计规范中对岩石隧道的围岩分级有明确的参数指标,可以方便地确定岩石围岩的级别,但黄土围岩的级别划分没有相应的参数指标,而岩石围岩的参数指标几乎完全不适用黄土围岩.通过查阅大量的国内黄土工程资料,并对其在黄土隧道方面的适用性做了具体的分析,提出了黄土隧道围岩级别划分的参数指标,对黄土隧道的设计和施工具有重要的参考意义.     

修正Q值围岩分级方法在碳酸盐地区大断裂超深埋特长隧道的应用研究

在隧道建设过程中,围岩分级的准确性直接关系着隧道施工的稳定性.文章在分析了众多的围岩分级方法以后,选择常用的Q值法作为修正对象;根据碳酸盐地区大断裂超深埋特长隧道的特殊性,提出了以断层、褶皱、地形以及岩溶的宏观影响系数对Q值法进行修正,得出了修正以后的建议Q’值法公式.以大坪山隧道为实例,进行验证分析,得出了在最深埋地段围岩级别较高、离断层最近的围岩级别较差的结论,与实际揭露的围岩级别结果基本一致.     

围岩节理面不利组合条件下隧道塌方的模糊安全评价

节理发育是隧道塌方事故发生的主要影响因素之一,文章针对节理面不利组合发育的围岩,分析了围岩塌方的影响因素,构建了节理面不利组合下围岩塌方安全评价指标体系;引入二级模糊综合评价模型,运用乘积标度法确定塌方安全评价指标体系的权重值,采用单值隶属函数确定指标体系定性的隶属度;基于评价模型,给出了节理面不利组合下围岩的塌方安全指标体系中二级指标的定性和定量分级标准。通过对丁家湾隧道进行塌方安全评价,并对评价模型进行验证分析,其结果与实际施工中的塌方概况大体相同,验证了模型的实用性和有效性。     

基于武当群片岩各向异性试验的隧道围岩变形机理分析

针对通省隧道拱顶出现纵向裂缝、拱肩钢拱架被剪断等变形破坏问题,文章考虑武当群片岩各向异性特点,基于波速试验、单轴压缩与三轴压缩试验,结合围岩变形特征调查与数值模拟试验,分析了武当群片岩试样应力-应变曲线特征与破坏形态特征,建立了弹性模量、泊松比、抗压强度随片理倾角从0°~45°~90°变化时的对应关系,提出了隧道围岩破坏模式,总结了隧道围岩变形机理。研究结果表明:武当群片岩各向异性在隧道围岩变形破坏过程中起到了控制性作用;非对称模式为隧道围岩主要破坏模式;当隧道围岩最大剪应力与片理空间关系不利时,围岩沿片理面发生剪切破坏。研究结果对武当群片岩区域在建或拟建地下工程的现场设计、施工开挖具有重要的指导意义。     

基于模糊聚类理论的TBM施工围岩可掘进性分级预测模型

文章针对硬岩掘进机(TBM)在复杂地质条件下的可掘进性,进行了系统及定量的研究;基于模糊聚类理论和施工样本数据分析,建立了以掘进速率为分级指标,包括岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、围岩结构面与隧道轴线夹角和渗水量四项性质指标的可掘进性分级预测模型,将TBM施工围岩可掘进性分为好、一般和差三个性能等级;并在此基础上进一步细化模型粒度,以提高模型的精度和地质适用性。将所建模型应用于西秦岭隧道和大伙房水库输水隧洞工程实际工程效果表明,TBM掘进速率与由模型预测的掘进速率基本相吻合,验证了掘进性分级预测模型的可行性、科学性和有效性,进而对TBM的选型、设计和施工提供了重要的理论依据。     

上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准研究

针对常见围岩级别组成的5组地层,文章通过有限元数值计算对上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准进行了详细的分析和系统的研究。首先确定以拱顶位移突变判据和能够反映隧道破坏本质的安全系数作为判别隧道围岩稳定性的双重指标,然后通过大量的数值试验对5组地层组合隧道围岩的自稳性进行研究,并通过自稳曲线来划定围岩稳定性量化分组,从而建立围岩稳定量化评价体系。研究成果对土木工程领域围岩稳定性分级理论标准研究起到了细化和补充的作用,也可作为上软下硬地层隧道支护结构设计、现场施工参考之用。     

基于模糊BP网络的隧道施工方法选择研究

文章在传统BP网络的基础上,根据围岩级别与隧道施工方法之间的模糊对应关系,建立了围岩分级和施工方法的模糊BP网络模型.该网络对检验样本施工方法的检验结果与期望值比较吻合.对实例的预测结果表明,网络能够实现对施工方法的正确选择,不会引起判断错误,可以用来作为隧道施工方法选择的决策依据,并在工程实践中推广应用.     

考虑围岩软化与膨胀对松动围岩压力的影响研究

传统围岩松动压力计算理论不能考虑膨胀土隧道增湿软化和膨胀效应引起的应力增量。文章以南京平山软弱膨胀土隧道为工程背景,对松动围岩压力的计算方法进行改进,基于太沙基理论将围岩强度软化、增湿膨胀的影响加以考虑,进而提出一种新的围岩压力数值计算方法——"极限平衡数值法"。文章运用有限差分软件FLAC3D分析了围岩在增湿软化、膨胀前后应力变化情况,并分析了隧道埋深、降雨影响深度和围岩膨胀率的影响效果。结果表明:围岩松动压力可以通过"极限平衡数值法"得到,且其大小受围岩软化、膨胀特性影响显著;随着降雨影响深度以及围岩膨胀率的增大,松动围岩压力逐渐增大;适用于膨胀土隧道松动压力计算公式中的修正系数的大小与降雨影响深度以及围岩膨胀率成正比,与隧道埋深成反比。     

隧道围岩强度及稳定性评价

围岩强度指标是隧道工程设计中不可缺少的重要参数,准确预测围岩强度对隧道支护设计和稳定性计算十分重要。文章针对富溪隧道地质条件复杂、围岩稳定性差等问题,以现场岩石点荷载试验推测岩石强度;以隧道围岩的Q指标统计为基础,利用基于Q指标的经验公式推测围岩抗压强度;按照富溪隧道各个断面围岩的抗压强度,评价各段围岩的稳定性。研究表明,采用的三个经验公式中,无论平均值还是分散度,Yudhbir公式预测结果都最接近规范标准值,说明所用方法用于隧道工程是可行的。该方法简单、实用,预测结果能够反映围岩工程特性,符合实际,可以作为隧道工程中定量评价围岩强度的有效方法,可为隧道设计、施工提供可靠依据。     

高地应力地区隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是隧道施工的重要指导依据,尤其在高地应力地区其对施工的影响是不可忽略的。文章首先介绍了地应力侧压力系数、最大水平主应力方向与洞轴线的夹角α对隧道围岩分级的影响情况,然后通过增加最大主应力方向与洞轴线夹角指标对地应力进行了修正,并且在公路隧道设计规范的基础上,对Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ级围岩增加了亚级分级,更准确地对隧道围岩分级进行了定级。在此基础上,以谷竹高速公路大坪山隧道为工程实例,利用考虑增加地应力大小及方向的方法对其围岩分级进行了修正,得到了与实际开挖较相符的结果。     

岩爆等级预测的Bayes判别模型及应用

文章将Bayes判别法应用到岩爆等级预测分析中,选择了围岩的最大切应力σθ、单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt、应力系数σθ/σc、脆性系数σc/σt和弹性能量指数Wet作为基本指标,以108组岩爆实例作为研究对象建立Bayes判别模型。针对Bayes判别模型,提出了优势比概念并将其用于分析岩爆指标与岩爆等级之间的趋势性关系以及岩爆等级对指标的敏感性,在此基础上评价不同指标组合下的Bayes判别模型是否合理。分析结果表明:σθ/σc、Wet指标组合建立的Bayes判别模型是最合理的模型,其预测效果好,所得出的岩爆等级概率表达式可用于地下工程的岩爆等级预测。     

考虑衬砌腐蚀的隧道围岩分级修正分析

文章以石膏质岩隧道为例,基于混凝土衬砌的腐蚀劣化状态形式,将腐蚀厚度作为量化腐蚀程度的参数指标,结合有限元数值模型分析了不同埋深、不同腐蚀时间条件下混凝土衬砌的受力变化规律,提出了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法,旨在提高隧道衬砌结构耐久性。同时,结合工程案例,验证了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法的合理性。结果表明：腐蚀状态下,衬砌压应力的增速在腐蚀前10年较大,增量达到总增量的68.2%;腐蚀时间为10～100年时,压应力增长速率较慢;Ⅳ、Ⅴ级围岩的修正系数取值范围分别为0.91和0.87。     

公路隧道岩质围岩亚级分级研究与应用

文章从当前隧道建设实际出发,首先通过总结国内外多种围岩分级方法及采用指标情况,确立施工阶段以岩石坚硬程度和岩体完整程度作为分级基本指标,以地下水状态和主要软弱结构面产状作为分级修正因素的亚级分级指标体系,然后建立一种基于数量化理论的施工阶段岩质围岩亚级分级模型;并通过样本检验证实本模型具备较高的准确性和合理性,试图探索一种施工阶段围岩亚级分级标准;最后与编程技术和数据库技术相结合,进行施工阶段围岩亚级分级计算机辅助系统开发,以基本实现亚级分级的自动化和智能管理.     

短距离超前地质预报工程应用研究

钻孔过程中钻具的响应信息综合反映了岩土体的力学性质,是进行地层界面识别和围岩级别划分的重要参考指标。鉴于此,本文依托贵州三独高速紫林山隧道掌子面开展了短距离超前地质预报工程应用研究,研究结果表明,基于炮孔钻进短距的离地质预报,通过采取钻进速率、振动加速度计算抗钻系数,具有较好的判断围岩基本级别的能力。     

平导设置对富水山岭隧道排水效应影响研究

地质情况复杂且富水的部分长大山岭隧道,通常会采用平行导坑作为隧道施工运输通道或运营期间的安全疏散通道,但就平导设置对隧道正洞地下水分布情况的影响尚无深入研究。文章在对现有平行导坑设计分析的基础上,分别针对不同水头高度、围岩级别、平导与正洞水平净距及竖向高差等因素,计算和分析了设置平行导坑对正洞水压力的影响。结果表明:初始水头越高的隧道,设平导后水压力降低幅度越大;对于不同围岩级别,正洞水头降低幅度随着围岩渗透系数降低而增大,围岩条件越好,平导排水效应越明显;平导与正洞的水平净距选取可优先考虑施工组织及安全的因素,一般可取20 m左右;竖向位置的变化对水压力分布影响不大,竖向高差不必过大。