基于卷积神经网络的隧道掌子面图像质量评价方法研究

鉴于隧道掌子面图像的多样性和复杂性,提出一种基于深度卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的图像质量评价方法,以筛选出满足工程需求的掌子面图像。基于多条隧道创建掌子面图像数据集,采用Keras深度学习框架,应用多种主流的CNN进行对比试验,并结合传统的图像评价指标,分别从清晰度、分类和相似度3个方面对掌子面图像质量进行评价。其中基于DenseNet169的多分类模型可达到88.7%的准确率。研究结果表明:跟传统的图像处理技术相比,深度学习方法在隧道掌子面图像识别上具有精度高、效率高的显著优势。该方法可为实现隧道掌子面的自动素描提供技术支持,具有良好的工程应用前景。     

隧道围岩分级的距离判别分析模型及应用

隧道围岩的分级是隧道工程中的一项重要研究工作.将距离判别分析方法应用于隧道围岩分级问题中,建立隧道围岩分级的距离判别分析模型,选用岩石等级、风化程度、岩体弹性纵波波速、岩体结构、地质构造影响程度、节理裂隙发育程度和地下水情况7项指标作为距离判别分析模型的判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行分级,并利用回代估计方法进行检验.并将建立的模型运用到实际隧道工程的围岩分级判别中.研究结果表明距离判别分析模型分级性能良好,预测精度高,回代估计的误判率很低,是隧道围岩分级的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广.     

隧道围岩分级的遗传-支持向量分类耦合模型

针对现阶段围岩分级方法存在的主要问题,提出隧道围岩分级的遗传-支持向量分类方法。结合佛岭隧道施工期围岩分级实践,以公路隧道设计规范BQ分级为基准,分别采用岩石回弹强度和掌子面状态替代饱和单轴抗压强度和地应力状态,并增加节理延展性观察的定性指标,在大量现场测试和室内试验的基础上,给出每个分级指标的现场快速测试方法,并以分级结果作为遗传-支持向量分类算法的训练样本,建立隧道围岩分级的遗传-支持向量分类智能模型。佛岭隧道围岩分级实例表明:该模型分级结果与现场勘测基本一致,且较遗传-神经网络模型有更高的分级准确性,为隧道围岩分级提供一种方法。     

融合自注意力机制与深度学习的混凝土表面裂隙智能识别

混凝土裂隙几何信息识别的精确度,影响后期工程的安全.而传统的检测方法存在对裂隙识别不准、不全、不即时的缺陷,无法满足精度和实效性的现实需求.本文提出一种融合自注意力机制与全卷积神经网络的图像分割算法,以混凝土裂隙图像建立数据集,搭建深度学习网络;以全卷积神经网络训练模型,使用空间自注意力模块调整特征编码,输出基于自注意...     

基于机器视觉三维重建技术的隧道掌子面岩体结构数字识别方法及应用

提出采用数字图像结合机器视觉方法获取隧道掌子面岩体表观信息。通过采集隧道开挖面的序列图像,生成开挖面岩体表面的三维点云模型,利用投影算法获得隧道掌子面及硐壁岩体结构的平面模型高清影像;基于影像表面结构迹线素描结果进行岩体节理特征的量化描述。将该方法应用于东天山公路隧道开挖面岩体节理分布、节理倾角间距等特征参数的获取。研究结果表明:该方法可快速生成开挖面三维点云模型,实现隧道地质信息编录与围岩级别辨识,具有快速、准确的优点,可为施工提供参考。     

西成客专房家湾隧道白云岩岩溶治理研究

房家湾隧道砂质白云岩节理裂隙发育,沿节理裂隙岩溶发育且情况复杂、隐蔽,围岩稳定性差,隧道结构安全及运营安全风险较大.针对存在的较大安全风险隐患,为保证隧道施工和运营安全,通过超前地质预报、综合补充勘察技术探查岩溶发育情况.采用综合预加固措施提高围岩自承能力,在地表沟谷铺砌封堵地表水下渗,动态优化隧道衬砌结构、防排水系统...     

基于支持向量机的大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法

为快速判识高速铁路大断面岩质隧道施工过程中常表现出的掌子面围岩显著非均一性特征,提出1种大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法.依托郑万高铁5条试验隧道,采集得到掌子面围岩炮眼钻孔过程样本299份,相应形成大断面岩质隧道掌子面围岩分级样本库;分别构建基于支持向量机(SVM)和2种神经网络的大断面岩质隧道掌子面围岩分级...     

节理倾角及组数对铁路隧道围岩稳定性的影响

我国西南地区崇山峻岭、地质构造条件复杂多变,岩体内部节理、片理、层理发育。隧道穿越节理发育围岩时,极易引发围岩大变形、掌子面失稳坍塌、钢架变形扭曲、初支掉块和二次衬砌开裂等工程灾害。为了分析节理对隧道围岩稳定性的影响规律,依托玉磨铁路西双版纳隧道,利用ABAQUS建立计算分析模型,得到不同节理条件下围岩塑性破坏特征。(1)节理对称分布时,节理屈服、围岩塑性应变呈现出对称分布于拱部、两侧拱肩和仰拱两侧区域的特点。(2)节理倾角较陡时,岩体性质是影响主控因素;节理倾角较平缓时,围岩发生沿节理面的剪切滑移破坏,节理是围岩整体发生塑性破坏的主控因素;当节理倾角为60°或120°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.197。(3)当节理倾角为90°时,围岩及节理屈服区域主要沿着节理方向垂向分布,且影响范围深入地层中。(4)2组节理条件下造成围岩塑性破坏的主要原因是节理面的塑性屈服;当节理倾角组合为60°+90°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.521。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

基于ABAQUS的地质偏压隧道非线性接触分析

针对于山岭隧道常出现的,穿越倾斜产状的层状岩体,或多在隧道进出口处节理裂隙发育的情况,结合成兰铁路茂县隧道出口地段所处的地质偏压环境,应用ABAQUS有限元分析软件中的面-面接触单元,建立节理软弱结构面的二维隧道模型。并对地质偏压隧道的围岩压力及衬砌结构内力进行非线性接触分析和计算,初步得出单线铁路隧道在地质偏压情况下围岩和衬砌结构的位移、应力的分布特征,并讨论软弱结构面的摩擦系数对隧道偏压作用的影响,根据隧道受力特点提出隧道在地质偏压情况下可能采取的建议和措施。     

基于深度卷积神经网络的钢材微观组织分类识别

通过引入多种深度卷积神经网络及分类器构建机器学习模型,对钢材金相图数据集进行学习,研究了一种能够准确、高效识别钢材微观组织的方法。研究结果表明,文章中所涉及的3种深度卷积神经网络在钢材微观组织的分类识别上均表现出优异性能,其中Inception-V3表现尤为突出,其与人工神经网络分类器组合而成的机器学习模型的分类精度可达99.60%。     

龙山曲线隧道工程地质特征与分析

内蒙古新建甘泉铁路龙山隧道以曲线形式穿越乌兰呼洞背斜和向斜,地质构造复杂,节理裂隙发育,地层岩性多变,风化差异较大。勘察过程中采用卫星图片、地质调绘、综合物探和钻探等多种勘探手段,相互补充,基本查明了隧道工程地质特征,分析了风险因素,为设计提供了地质参数与工程措施建议。施工过程中应避免盲目大意,重视地质条件的复杂多变,加强地质素描和超前地质钻探等预报工作,及时掌握地质条件的变化情况,合理调整围岩级别与施工措施,确保隧道安全施工。     

全风化岩石隧道洞口段施工过程的三维数值模拟

某隧道洞口段岩性为全风化石英片岩夹变粒岩,节理裂隙发育,岩体较破碎,质地较软,洞身稳定性差,易坍塌。针对该隧道洞口段的具体地质条件,对隧道支护设计参数及施工方法进行三维数值模拟,分析开挖过程中围岩及支护结构的变形和受力特征,为隧道安全施工提供科学依据。     

关角隧道涌水问题的应对措施设计

关角隧道地层岩性复杂,地下水发育,岩体节理、裂隙发育,并且灰岩中有古岩溶发育,富水性好,在隧道施工中可能产生涌水。本文针对关角隧道可能出现的涌水问题,本着“以堵为主,堵排结合,限量排放”的原则,对其的应对措施进行设计．     

不同掏槽孔角度下节理岩体隧道爆破效果研究

为探明节理岩体隧道中掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,以节理裂隙发育严重的下寮隧道为工程依托,理论分析掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,并列举选用掏槽孔角度常见的两种方法,最后结合数值模拟软件对掏槽孔角度分别为60°与70°的两种隧道模型进行数值仿真计算,量化分析两种模型的损伤面积与峰值有效应力,并基于结果选用合适的掏槽孔角度。结果表明：节理裂隙的存在会改变应力波的传播方向和能量分布,影响爆破效果;在Ⅴ级围岩中,70°的掏槽孔平均峰值有效应力是60°的1.36倍,爆破损伤范围比60°大且分布连续,选用70°的掏槽孔有利于提高隧道掘进效率。     

地下工程围岩分级的Fisher判别模型及其应用

基于Fisher判别思想,选用岩石质量指标、完整性系数、单轴饱和抗压强度、纵波速度、弹性抗力系数和结构面摩擦系数作为分类指标,利用观音山隧道、笔架山隧道、石山隧道、窑坑隧道和风岗隧道的26组实测资料,建立了围岩分级的Fisher判别模型,经检验,该模型的回判准确率达到100%。利用该模型对其它4组围岩样本进行判别,其结果与工程勘察结果一致,表明Fisher围岩分级模型具有较高的识别精度和工程实用性,为地下工程围岩分级提供了一种新的尝试。     

天河山隧道辅助坑道方案优化设计研究

和邢铁路控制性工程天河山隧道为全线最长隧道,其穿越太行山脉,地质条件复杂,受太行大断裂构造影响强烈,地下水十分发育。1号斜井与正洞交叉口段遭遇不良地质影响,掌子面溜坍现象连续多次出现,其中X1DK0+161附近揭示地层岩性为震旦系砂岩,节理密集发育,岩体破碎,该段地下水发育,水压较大,掌子面突发大规模涌水涌泥事件,致使施工受阻,其辅助坑道设置方案优化调整是隧道顺利建成的关键。通过采用对1号斜井向进口方向增设右支洞、向出口方向局部调整斜井走向并设置人字坡、延长出口端平行导坑与1号斜井连通、平行导坑延长段由单车道改为双车道等多项辅助坑道优化措施,保证了隧道安全顺利贯通。     

节理裂隙密集发育岩体隧道开挖断面成形特征统计分析

隧道开挖断面成形及超挖一直是隧道施工中遇到的难题,直接影响工程建设的工期和施工成本。以蒙华铁路大围山隧道工程为例,选取隧道典型开挖断面,从总体位移和塑性变形角度对隧道开挖围岩稳定性及成形进行了有限元分析。并基于现场实测开挖断面数据,应用统计学原理,对节理裂隙密集发育段落不同围岩类别隧道超挖量进行了统计特征分析,获得了各级围岩超挖量及置信区间。各级围岩超挖量服从正态分布,可根据置信区间来预测不同围岩级别隧道超挖范围。并针对爆破开挖围岩成洞性差、超挖严重问题,提出了针对性断面成形控制性措施。研究成果可为喷射混凝土回弹量计算以及隧道开挖断面成形控制提供依据和参考。     

浅埋偏压软岩隧道施工技术研究

新寨隧道位于西秦岭褶皱系中,节理裂隙发育,岩体破碎,围岩主要以志留系碳质千枚岩为主。进口段位于滑坡左侧边缘,洞门左侧发育冲沟一条,最小埋深13～18 m,在此偏压、浅埋、软弱围岩的条件下施工难度大,特别是进洞施工安全风险高。以在建新寨隧道施工为依托,介绍了该隧道的施工方案及施工技术措施,总结得出一些处理类似问题的经验。     

基于光照不变正则约束的稳健性桥梁病害识别

桥梁表观病害识别是桥梁运营养护的关键技术之一。近年来,卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)被广泛应用于桥梁表观病害识别。然而在光照不足条件下,卷积神经网络对于桥梁表观病害识别的稳健性通常不足。针对上述问题,提出一种基于光照不变正则约束的稳健性桥梁病害识别方法。该方法利用不变正则约束,同时约束CNN的特征提取模块和分类器模块,实现光照不足条件下的不变特征学习和分类器学习,进而增强CNN模型对于桥梁病害识别的光照稳健性。运用该方法基于桥梁表观病害数据集进行实验验证。实验结果表明：所提方法在光照不足条件下的桥梁病害的平均识别准确率高于对比方法;该方法在正常光照图像和光照变化图像上提取的特征矢量的欧氏距离为7.57,较对比方法提取的特征矢量具有更高的相似度。基于光照不变正则约束的稳健性桥梁病害识别方法在光照不足条件下提取的特征具有较强的不变特性,使得模型具有较强的病害识别稳健性,具有良好的工程应用价值,能够为桥梁的运营养护提供更准确的决策支持。