围岩空间变异性对隧道结构可靠度的影响分析

采用随机场模型能够有效地模拟围岩参数的空间变异性。文章将局部平均随机场理论、有限差分法和Monte-Carlo模拟结合在一起,得到了Monte-Carlo随机有限差分法,基于该方法编制了可考虑围岩空间变异性的隧道结构可靠度计算程序;并将围岩密度、弹性模量和内摩擦角等参数视为三维正态随机场,研究了围岩的竖向与水平向相关距离的变化对隧道结构可靠度的影响。计算结果表明,围岩空间变异性会显著影响隧道结构的可靠度,为了获得更为经济合理的支护方案,在支护设计时考虑围岩参数的空间变异性很有必要;围岩竖向或水平向相关距离的增大均会引起隧道结构失效概率的增加,但影响程度不同;隧道结构失效概率对围岩竖向空间变异性更加敏感,故在工程勘察费用较少时,可考虑将勘察费用更多地投入到竖向相关距离的勘测,水平向相关距离可参考已有经验数据取值。     

关于土的空间变异性对盾构隧道施工影响的探讨北大核心CSCD

为探讨土的强度参数的空间变异性对盾构隧道开挖引起的地表变形的影响,选取黏聚力和内摩擦角作为随机变量,采用Karhunen-Loève方法对随机场进行离散,利用Matlab软件将土性参数随机场与FLAC 3D模型单元一一映射,并使用FLAC 3D进行分析计算。结果表明:土强度参数的空间变异性对地表变形的影响明显;竖直方向相关长度的影响大于水平方向相关长度的影响;地表水平位移受到的影响比地表沉降受到的影响更大;竖向相关长度小于1倍隧道直径时,多次模拟得到的地表沉降值符合正态分布,据此可利用确定性分析结果估算地表沉降变形超限概率或确定控制沉降量。     

基于温度渗流场的炭质岩隧道围岩支护优化研究

炭质岩分布区隧道围岩的开挖变形和运营期稳定问题是高速公路隧道所面临的共性课题。文章结合河(池)百(色)高速路机场隧道监测情况,建立Midas模型,基于温度场及渗流场研究不同支护参数下岩体的蠕变以及变形速率发展规律,并通过对机场隧道支护参数进行优化分析,为以后类似工程提供参考与借鉴。     

山岭隧道围岩流变参数识别及应用研究

依托西康高速公路油房湾小净距隧道工程,对隧道围岩--石灰岩的流变特性进行了试验研究,给出了流变变形特性曲线,建立了能描述油房湾隧道围岩流变变形特征的流变模型.基于流变反演理论,获得了相应模型的弹性性能参数(岩体弹性体积模量、剪切模量和变形模量等)和流变参数及长期弹性模量等.利用反演流变模型及参数,并结合油房湾小净隧道工程地质特点及施工方案进行了三维流变数值模拟分析.结果表明,小净距隧道围岩变形时效特性规律基本符合H-K模型特征,表明基于试验辨识的H-K蠕变模型和反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价,为山岭小间距隧道的设计和施工提供了可靠的参考信息和理论依据.     

季冻区隧道砂岩三轴压缩力学特性及损伤本构模型研究

为研究季冻区围岩强度及变形规律,文章以辽宁地区公路隧道为工程背景,采用MTS815.02三轴试验系统对经历不同冻融循环次数后的砂岩试样进行三轴压缩试验,研究岩石力学参数随冻融循环次数的变化规律,并基于Weibull分布函数和D-P屈服准则建立考虑冻融作用的岩石统计损伤本构模型,结合试验数据对模型进行验证,结果表明:砂岩的力学特性受冻融影响显著,峰值强度、弹性模量随冻融循环次数增加呈指数递减,泊松比随冻融循环次数增加呈指数递增,峰值强度、弹性模量随围压的增大而逐渐增大,泊松比随围压的增大而逐渐减小;基于Weibull分布建立的考虑冻融作用的统计损伤本构模型与试验结果吻合度良好,验证了该模型的准确性与合理性;Weibull分布参数F_0、m均随冻融循环次数的增加而逐渐减小,且二者的改变均对模型理论曲线产生显著影响。     

机场复合道面结构性能综合评价

文章介绍了基于HWD测试数据的机场道面结构性能评价实施方案,阐述了机场复合道面结构的参数反演原理、性能评价指标及流程,并结合华东某机场HWD检测数据,对机场复合道面结构参数反演、ACN-PCN强度评价、结构剩余寿命、结构适应性厚度等评价指标进行了详细分析。     

考虑粘滞系数时间效应的圆形巷道围岩径向位移计算方法研究

文章基于西原模型,利用对应原理,建立非对称性荷载条件下的围岩径向粘弹性位移解析表达式,同时参考相关文献关于西原模型的蠕变参数的时间关系,进一步获得了考虑西原模型蠕变参数时间效应的围岩径向位移的粘弹性解。通过算例对比计算表明:考虑西原模型蠕变参数时间效应关系时,其最大径向位移值要大于不考虑蠕变参数时间效应的情况,说明模型分析的围岩达到稳定状态的时间要比不考虑时间效应的情况长。通过实际工程案例的监测结果和理论计算结果对比,发现二者随时间的变化趋势是一致的,实际的位移变化要比理论计算结果大,二者的误差在18%~26%。     

围岩支护作用关系中的温度影响因素研究

隧道围岩支护作用关系是隧道研究领域的关键问题之一,衬砌混凝土的温度变化会影响隧道围岩与支护的相互作用。当衬砌混凝土的温度升高或降低时,衬砌结构会膨胀或收缩,由于受到围岩的约束会产生围岩温度被动反力。文章通过建立简化的圆形隧道分析模型,得出了围岩温度被动反力随衬砌温度变化的计算公式,分析了影响围岩温度被动反力的因素,并采用既有隧道衬砌置换工程的现场监测数据进行了验证。研究结果表明:围岩温度被动反力是衬砌温度变化量、材料参数和几何参数以及围岩材料参数的函数,可以进行量化计算;在衬砌施作初期,由于水化热的影响,温度被动反力增长较快,峰值达到0.4 MPa左右。随着水化热的消散,温度被动反力逐渐减小。研究成果可为衬砌围岩松动压力现场监测提供一种温度修正方法。     

基于高斯过程机器学习方法的隧道围岩分类模型

针对现有围岩分类方法的局限性,基于工程实例,利用分类性能优异的高斯过程机器学习模型建立围岩类别与其主要影响因素之间的非线性映射关系,进而提出一种基于高斯过程的隧道围岩分类模型,实现不同情况下围岩分类的合理识别.将该模型应用于川藏公路二郎山隧道围岩分类,研究结果表明,隧道围岩分类的高斯过程机器学习模型是科学可行的,与人工神经网络模型、支持向量机模型相比较,该模型具有参数自适应化的优点,能方便快捷地给出合理可靠且具有概率意义的围岩分类评价结果,可对围岩分类结果的不确定性或可信度进行定量化评价.     

基于贝叶斯更新和检测数据的服役混凝土桥梁剩余寿命预测分析

服役混凝土桥梁在恶劣环境和车辆荷载作用下,其服役性能随时间不断退化,而采用确定性退化模型无法合理建模分析退化过程中的不确定性。基于此,文章采用Gamma过程描述其退化过程,采用泊松过程模拟车辆荷载,采用广义Pareto分布控制随机荷载的变异性,提出了抗力-荷载效应均为随机过程的服役桥梁剩余寿命评估方法,并结合检测数据,采用贝叶斯更新方法,对Gamma过程分布的参数进行更新,通过服役桥梁抗力退化预测,得到桥梁对应的寿命分布状况,同时以一座服役混凝土实桥为例演示了所提出的服役混凝土桥梁剩余寿命评估方法。     

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。     

下穿立交结构的盾构隧道围岩安全评价的均值与非均值模型

隧道围岩稳定性评估是地下工程建设与维护所面临的重要课题之一。基于此,文章从材料特性角度分别建立均值和非均值数值模型,针对沈阳地铁2号线1标盾构隧道下穿立交结构的围岩安全稳定性进行评价。其中,均值模型侧重于分析围岩变形、应力变化和塑性区分布特征,并结合实测数据对其计算合理性进行验证;非均值模型侧重于围岩体细观破坏过程,采用具有残余强度的弹塑性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,模拟隧道围岩强度折减下的渐进破坏过程及声发射规律,并计算出整体结构安全系数。同时,借助声发射(AE)规律,探讨了类似工况下隧道围岩破坏模式,可为类似工程实践提供参考依据。     

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。     

枢纽机场空侧港湾区运行优化研究

我国枢纽机场目前已广泛应用“主楼+多指廊”的航站楼构型，两指廊间的港湾区因空间资源紧张、航班流线交织等不可避免的矛盾，已经成为阻碍机场空侧高效运行的关键节点。本文在量化了“L”型、“U”型两类港湾的结构参数后，结合港湾区内航班的运行状态及其航班属性提出了机位相关因子，并在分类量化了相关因子的基础上运用动态编组方法建立了机场港湾区运行优化模型。而后，基于滑动时间窗与频谱分析两类方法设计了港湾区内机位间的动态编组方法。实例验证的结果表明改方法能够在保障运行安全的前提下有效降低航班在港湾区内的滑行时间，进而提高机场空侧运行效率。机场空侧港湾区优化模型的建立也有助于智慧机坪的运行体系的构建。     

不确定条件下新建机场业务量风险预测分析

民航业务量预测是机场建设可行性研究的重要数据,通常对于业务量预测中存在的不确定性与风险问题,多采用确定的结果表示,其实这是对不确定性的一种简化。本文针对新建机场业务量预测中存在的历史数据缺失以及对未来发展判断存在的不确定性,以菏泽机场为例,利用动态聚类分析方法筛选出与其相似的机场,通过模拟回归建立货邮吞吐量的预测模型;在此基础上,针对模型中的随机因素,通过蒙特卡洛模拟对机场货邮吞吐量进行风险分析。本文提出的方法可为机场规划建设提供定量分析的理论依据,研究结果可为相关决策者提供数据支撑。     

基于收敛-约束法的预衬砌支护适用性研究

有效控制掌子面超前核心土的预收敛变形是控制软弱围岩变形的重要措施,采用机械预切槽技术施作形成的横向连续壳体的预衬砌支护能够起到保护超前核心土的作用,从而控制预收敛变形。由于掌子面处时空效应的影响,预衬砌支护与围岩间的相互作用过程十分复杂。根据收敛-约束法的基本原理,文章推导出了预衬砌与围岩相互作用荷载的理论求解方法,并基于安全性对预衬砌适用埋深随混凝土强度、围岩参数、预衬砌支护参数的变化进行了研究。研究结果表明:预衬砌混凝土抗压强度越大,预衬砌适用埋深越大,混凝土抗压强度与适用埋深基本呈线性关系;随着应力释放系数的增大,同一混凝土抗压强度条件下的预衬砌适用埋深增加;预衬砌厚度对预衬砌适用埋深具有显著的影响,预衬砌厚度越厚,预衬砌适用埋深越大;隧道直径减小时预衬砌的适用埋深增加。     

火荷载下沉管隧道的温度场分析

文章以上海外环线越江沉管隧道为背景,用通用有限元程序模拟火荷载作用下沉管结构的瞬态温度场的变化情况.文中采用三维有限元模型,分析温度场在不同时间和空间的发展变化情况,从而更直观地掌握温度在隧道横截面上的分布情况,可为隧道的防火设计和救灾工作提供依据.分析中考虑了混凝土热工参数随温度变化的非线性关系,并把分析结果与试验数据进行了比较,从而得出了比较合理的分析方法和参数设置.     

隧道玻璃纤维锚杆全断面预加固机理与应用

在隧道开挖过程中,围岩应力重分布是一个三维过程,掌子面前方的"待挖核心体"的形变响应与洞室的收敛存在密切联系",待挖核心体"的岩性决定了开挖后的围岩能否自然成拱。因此,对于不能自然成拱的破碎、软弱围岩常采用玻璃纤维锚杆对隧道掌子面进行全断面预加固。文章通过对不同工况下的玻璃纤维锚杆全断面预加固进行模拟分析,得到了隧道开挖过程中掌子面位移变形随开挖进程的变化规律,以及衡量玻璃纤维锚杆全断面预加固效果的位移指标。基于典型软弱围岩条件下的铁路隧道工程实例,结合多种工况条件,给出了玻璃纤维锚杆的优化设计参数和施工方案,可为同类工程提供借鉴。     

结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性影响研究

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面空间组合关系、地下水和地应力等因素关系密切。为研究结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性的影响,文章基于郑万铁路向家湾隧道工程地质条件,采用UDEC离散元软件对全断面开挖下的围岩稳定性进行数值模拟,重点分析了两组结构面的空间组合关系对结构面剪切滑移、围岩塑性破坏及位移的影响,同时根据开挖后围岩变形的差异——完好、掉块、塌方,定性统计整理得到了结构面空间组合对隧道开挖稳定性影响统计表,并给出了相应的施工建议。研究结果表明,隧道围岩变形破坏主要发生于结构面间距小于1.5 m,且J1倾角为45°～75°、J2倾角为103°～133°的空间组合条件下。     

基于Matlab的BP神经网络在预测TBM掘进速度中的应用

TBM的掘进效率受围岩特征和机器设备性能的影响,预测TBM的掘进速度需要考虑这两方面因素。由于地质环境具有不确定性,文章分别采用正态分布和指数分布模拟岩石单轴抗压强度UCS和岩石质量指标RQD的统计分布规律,利用Monte Carlo算法生成相应的随机输入参数;在考虑机器设备性能因素时,通过净推力和刀盘直径的比值,消除了不同机器设备之间性能因素的影响差异;基于围岩和机器性能两方面输入参数,在Matlab软件中建立了预测TBM掘进贯入度的BP神经网络模型。通过工程实例验证,模型的预测结果和实际情况比较接近。