扁平大跨度公路隧道松动荷载计算方法探讨

确定松动荷载的方法多为规范法和理论公式法,这些方法都建立在对以往隧道松动荷载统计和分析的基础上。双洞八车道扁平大跨度公路隧道是近几年发展起来的一种隧道形式。由于其跨度增加、扁平率降低,现有松动荷载的算方法是否适用于双洞八车道公路隧道,已成为隧道建设者面对的重要问题之一。以广州龙头山双洞八车道公路隧道为研究背景,概括和总结了各种松动荷载的计算方法;应用这些方法计算龙头山隧道的松动压力,分析和对比计算结果,并通过数值计算和实测围岩压力对各种方法的合理性进行了分析;根据各种方法的产生背景和内容,分析其各自的适用性;根据研究结果,对扁平大跨度公路隧道进行了适应性分析和讨论。     

隧洞围岩损失位移估计的智能优化反分析

隧洞开挖过程中围岩监测断面的布置一般滞后于掌子面开挖,监测断面布置前围岩已发生的位移称为损失位移。采用优化反分析思路求取损失位移,该思路将损失位移的求解转化为以实测位移与计算位移的误差作为目标函数、岩体力学参数作为决策变量的全局优化反分析问题。针对该全局优化反分析问题是一类高度非线性多峰值且计算代价较高的优化问题,将性能优异的粒子群优化算法与高斯过程机器学习方法相融合,结合FLAC3D数值计算程序,提出隧洞围岩损失位移优化反分析的粒子群-高斯过程-FLAC3D智能协同优化方法。算例研究表明,该方法是可行的,不仅能获得可靠的损失位移预测结果,而且可获取合理的围岩计算模型力学参数,具有全局性好、计算效率高的特点,克服了传统优化反分析方法容易陷入局部最优或过于依赖初始学习样本的局限性。将该方法应用到锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的损失位移反分析,获得了该断面围岩的损失位移和力学参数,其中,损失位移较大,原因在于岩体开挖后在短时间内弹性变形大。因此,对于地下工程,特别是深部地下岩体工程,在围岩稳定性评价与围岩参数反分析中,损失位移不可忽视,应给予足够重视。     

引水隧洞下穿铁路隧道近接施工振动影响研究

结合云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内-昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用数值模拟计算及现场测试对既有铁路隧道受下穿引水隧洞施工产生的振动影响进行研究。结果表明,经验公式的计算结果作为预测及警示是偏于安 全、可行的,数值模拟分析结果比经验公式更接近工程实际;引水隧洞的掌子面距铁路隧道前后4D（D为引水隧洞开挖洞径）范围内施工时,需对铁路隧道交叉点处的振动速度进行监测,重点是竖直方向的振动速度;引水隧洞在铁路隧道正下方爆破施工时,爆破施工所采用的最大段装药量不得大于2.5 kg,以满足振动速度控制标准;施工过程中进行的爆破振动监测并根据监测结果及时调整爆破参数,是此类地下近接工程成功修建的有力保障。     

基于v-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机（v-SVR）和改进的遗传算法（GA），提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案，用v-SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习，建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程；采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数，并利用GA搜索最优参数取值。采用v-SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程，能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值，因此，可以用该隐式方程代替正分析，减少计算量；采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数；搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明，基于v-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法，可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于遗传－广义回归神经元算法的坞石隧道三维弹塑性位移反分析研究

广义回归神经元网络在逼近能力、学习速度和网络稳定性方面均优于BP神经元网络,且具有网络人为调节参数少的优点。本文将广义回归神经元网络引入坞石隧道工程的三维弹塑性位移反分析。为了在网络训练过程中快速搜索到最优的网络阈值,采用十进制遗传算法对网络阈值进行优化。在确定最优的网络结构后,采用遗传算法在每个待反演参数的搜索范围内搜索出与实测位移最接近的围岩力学与初始应力场参数组合。用反分析得来的参数进行下步开挖位移预测,预测值与实测值吻合较好,表明所提出的这种反分析方法在工程上是可行的,可以推广使用。     

基于ν-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机(ν-SVR)和改进的遗传算法(GA),提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案,用ν-SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习,建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程;采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数,并利用GA搜索最优参数取值。采用ν-SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程,能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值,因此,可以用该隐式方程代替正分析,减少计算量;采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数;搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明,基于ν-SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法,可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于?－SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法研究

基于一种改进的支持向量机（?－SVR）和改进的遗传算法（GA）,提出一种初始地应力场位移反分析方法。该方法通过正交设计方法安排较少次数的正分析方案,用?－SVR对正分析中测点位移值与参数构成的样本集进行学习,建立参数取值与观测点测值的非线性隐式方程;采用确定性或随机反分析的思路确定反分析的优化目标函数,并利用GA搜索最优参数取值。采用?－SVR方法建立的参数取值与位移量测点测值的非线性隐式方程,能够以很高的精度拟合和预测不同参数取值时的观测点测值,因此,可以用该隐式方程代替正分析,减少计算量;采用改进的GA方法能够准确搜索到最优参数;搜索到的最优参数值与理论值相当吻合。算例表明,基于?－SVR和GA的初始地应力场位移反分析方法是一种行之有效的初始地应力场位移反分析方法,可以广泛用于初始地应力场确定性反分析和随机反分析。     

基于Cauchy积分解法与遗传算法的随机位移反分析研究

针对位移反分析的正算计算量大和全局最优解遗失问题,提出正算过程采用平面弹性复变方法中的Cauchy积分解法,优化方法选用遗传算法的随机位移反分析方法,并研究了位移观测噪声对识别结果的影响规律。实例应用表明,所提出的方法从根本解决了采用优化技术进行位移反分析的求解效率问题,具有较好的容错性能和全局搜索性能,且能够反映地应力场和实际岩体的不确定性。     

浅埋大跨小净距隧道断面形态及合理间距的优化研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线型规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对某拟建大跨度小净距隧道不同扁平率及其间距进行参数化设计;采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元优化分析计算程序,以隧道开挖面积、围岩塑性区、地表沉降和拱顶下沉等作为优化目标值,对建立的参数化模型进行计算,提出依托工程条件下扁平率及间距的最优组合。研究方法和成果对推动大断面小净距隧道的发展和应用具有重要的现实意义。     

基于粗糙集和理想点法的隧道围岩分类研究

理想点法是一种多目标决策分析法,其基本思路是通过构造多指标问题的理想解和反理想解,并以靠近理想解和远离反理想解的程度作为各评价对象的判断依据,基于此原理建立了隧道围岩分类的理想点法评价模型。理想点法各指标权重的取值是否合理对最终的评判结果有着很大的影响,采用粗糙集理论把权重问题转化为粗糙集中属性重要性评价问题,以此来确定各指标权重。该方法不需先知经验,求解过程完全由实际样本驱动,具有很强的可操作性。建立了基于粗糙集和理想点法的隧道围岩分类模型,并应用于实际工程,结果表明,该方法的分类结果与实际相符,基于粗糙集和理想点法为隧洞围岩分类提供了一种新思路     

天然岩体渗透系数反演研究

天然岩体存在很多裂隙,而水在这些裂隙中的渗流严重影响岩石工程的稳定性,因此确定天然岩体渗透系数具有重大的实际意义。反演方法是确定岩体渗透系数的一种较理想的方法,渗透系数反演可归结为一个复杂的非线性函数优化问题。由于采用传统优化技术存在不少问题,而目前采用的全局优化算法—遗传算法也存在本质的问题,因此,提出仿生算法-免疫进化规划进行岩体渗透系数反演,并用一个大坝坝基工程的算例证明了算法的有效性。结果表明,其方法可以在仅知道水头的条件下,得到接近实际的渗透系数值。     

基于权重反分析方法的加权距离判别法及应用

距离判别分析法在应用过程中常将各评价指标的重要性视为一致,实际上各指标重要性是不同的,故需对各指标进行加权处理。权重的合理取值对最终的评判结果有着很大的影响,目前尽管确定权重的方法有很多,但都有其不足之处。鉴于此,在马氏距离的基础上,推导了加权马氏距离的求解公式,并采用一对多的分类方法建立了多总体加权马氏距离判别准则。在确定各指标权重时采用了基于优化理论权重反分析的新思路,把直接给权重问题转化为通过实际工程样本反求各影响因素权重问题,该方法不需先知经验,求解过程完全由实际样本驱动,具有很强的可操作性。将改进后的加权距离判别分析方法应用于实际工程中的围岩分类问题,结果表明,该方法的判别结果是可靠的。距离加权的方法完善了距离判别分析法理论,权重反分析方法是一种通用方法,可用于任何求解权重的问题,为权重的求解提供了一种新思路。     

位移正反分析在地铁施工变位分配控制中的应用

采用浅埋暗挖法施工的城市地铁车站,开挖将不可避免地扰动土层引起地表沉降,从而对周围建构筑物的安全造成危害。由于地铁车站洞室的断面较大,大多采用分步开挖的方式施工,采用变位分配的方法通过预测每一步施工造成的地表沉降将最终的地表沉降分解到各个施工步序中,从而建立起各个阶段的地表沉降控制标准。这样,就可以通过加强对各个阶段的地表沉降的控制来实现对地表沉降进行整体控制的目的。而通过地质勘测所得的参数往往不能满足变位分配所依赖的数值模拟的要求,因此,反分析作为一种有效地补充手段来获得适合岩土工程数值模拟的力学参数。详细介绍了位移正反分析的特点、模型的建立条件和分析步骤,并通过工程实例验证了位移正反分析在预测地表沉降,从而提出变位分配控制标准的可行性。     

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序

在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。     

隧道围岩稳定性正算反演分析研究——以厦门海底隧道穿越风化深槽施工安全监控为例介绍

为了降低海底隧道施工风险,确保隧道施工顺利穿越海底几处风化深槽和风化囊区域,解决难以获得隧道围岩力学参数的技术难题,采用位移反分析方法建立了动态反演预测模型;作为比较,还简单介绍了弹塑性反演的一种全局优化方法。根据隧道典型断面实际监控量测的围岩拱顶沉降量和周边收敛位移量,结合先行服务隧道揭露的水文地质情况,进行优化反演分析,得到该类围岩初期支护后的等效弹性模量和等效侧压力系数。在相应的同类地质条件下,对后续将开挖的左、右主洞围岩采用边界元法进行正演数值计算,使之能为主洞施工方案比选以及支护设计参数调整与修正提供定量依据,做到信息化动态设计与施工。工程实例分析表明,利用正算反演分析法得出的围岩等效力学参数是可靠的,可据此对类似地质条件下主隧道围岩进行正演计算分析,预测主洞围岩的变形破坏模式,判断其围岩稳定性。位移反分析法是隧道施工变形理论预测分析与工程实际相联系的有效平台,为工程设计施工技术决策提供了一种切实有效的途径。     

隧洞围岩收敛损失位移的求取方法及应用

隧洞围岩变形监测断面设置与开挖施工工序上的先后导致了损失位移问题,它对于判断围岩的变形状态、评价其稳定性具有重要的意义。复杂多变的围岩条件使基于收敛曲线的累积位移和增量位移参数反演方法的应用变得非常谨慎。针对这些问题,通过对一致性问题的讨论后认为,虽然变形演化规律上的一致性尚存在问题,但三维计算和现场围岩的总位移之间的一致性是可以保证的。以此问题为前提,以Hoek经验公式的通式为基础,依据规范规定,基于现场监测收敛位移曲线,建立了损失位移的求取步骤,并将其在锦屏II级水电站辅助洞A、B围岩变形规律分析中进行了应用,得出了两个监测断面各测线的最终监测位移收敛值、损失位移、总收敛位移和相对收敛值等,拟合而得的全收敛曲线与监测曲线相吻合,能够很好地描述现场围岩随空间效应变化的演化规律,为围岩稳定性评价和基于全位移的参数反演分析奠定了基础。     

基于粒子群优化的岩土工程反分析研究

岩土工程优化反分析本质上看是一个典型的复杂非线性函数优化问题,采用全局优化算法是解决这个问题的理想途径,但由于优化反分析中多次调用正分析的特点使得整个算法的计算效率很低。为了提高优化反分析的计算效率,把一种计算效率更高的新型仿生算法--粒子群优化引入岩土工程反分析领域,提高反分析的计算效率。在此基础上,结合有限元数值分析技术,提出了一种新的岩土工程优化反分析算法--粒子群优化反分析。并通过一个简单算例验证了该法的有效性。     

熵权模糊综合评价模型在极软岩隧洞围岩分级中的应用

为解决传统围岩分级方法对极软岩隧洞复杂性考虑不足的缺陷,引入模糊数学理论,选取单轴抗压强度、岩石完整性指标RQD、结构面间距、结构面特征、岩石含水量及干燥饱和吸水率6个因素作为评价指标,为避免评价指标赋值的主观性,利用熵权法计算各指标的权重,建立起围岩分级的熵权模糊综合评价模型。将该模型应用于印度尼西亚某在建水电站黏土岩隧洞围岩分级当中,选取15个待评洞段进行评价,结果表明,隧洞围岩以Ⅳ级或Ⅴ级为主,利用该模型计算的围岩分级结果与现场确定的围岩支护等级高度吻合,通过对比分析,认为该模型分级结果较传统RMR分级法更优,表明模糊数学理论可以解决极软岩隧洞影响因素的复杂性及模糊性问题,熵权法能够降低人为赋值的主观性,两者结合可实现对黏土岩隧洞的客观评价,该方法可为极软岩隧洞分级提供参考。     

考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性

推导了考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解,利用参数可辨识条件对考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性进行了探讨。结果表明,无论布置多少个测点也不能惟一地反分析出所有7个参数,必须至少已知3个参数,才有可能惟一地反分析出其他参数;水平与竖直地应力分量是否为 0 对反分析惟一性有一定影响;3个地应力分量的可辨识性最好,各向同性面上的弹性模量和泊松比次之,垂直于各向同性面方向的弹性模量和泊松比最差。与不考虑剪应力时位移反分析惟一性结果相比,考虑剪应力时参数的可辨识性顺序不变,但是条件惟一的比例降低,不惟一和绝对惟一的比例增加,说明考虑剪应力能够提高位移反分析的惟一性。工程实例计算表明,推导的位移解析解和反分析惟一性探讨结果能够很好地指导岩体参数反演计算。