隧道结构在线监测数据分析方法研究

数据管理系统完成监测数据预处理,在健康监测系统中具有重要地位。通过比选利用罗曼诺夫斯基准则(t检验法)进行监测数据粗差检测。小波降噪方法可以有效去除监测数据中由于环境等因素引起的误差(噪声),获得更真实的监测数据,但目前如何选取阈值函数、阈值和分解层数等问题未形成统一认识。利用武汉长江隧道健康监测系统中39组监测数据,从统计学的角度对比分析了不同阈值和阈值函数组合下的小波降噪效果,结果表明,选择Rigrsure阈值和硬阈值函数进行4~5层分解降噪效果最好,将所得的研究结果应用于武汉长江隧道健康监测系统中其他同期监测数据的降噪中取得了满意的效果。在此基础上进一步研究表明,相比于原始监测数据,利用降噪后数据预警可以有效避免虚警的产生。最后提出利用小波降噪和最小二乘法结合进行监测数据预测的方法,实践表明,预测结果准确可靠。     

基于Matlab的小波分析在基坑监测数据处理中的应用

基坑监测数据受测试仪器、监测环境、监测人员等因素的影响,所采集的数据中会存在噪声和含有一些与实际情况不符的异常值,这些噪声和异常值在一定程度上破坏了监测数据的真实性,可采用小波分析对其进行降噪处理和异常值检测。小波分析将监测数据当作不同频率的数字信号序列,利用Matlab中的小波分析对上海某基坑支撑轴力监测数据进行了降噪处理和异常值检测,发现小波分析在基坑监测数据降噪处理和异常值检测中是有效的,可为基坑监测数据的处理提供借鉴。     

隧道围岩压力的神经网络时间序列分析

围岩压力是隧道开挖后重要的反馈信息之一,受不确定性因素影响,围岩压力监测数据是一个不平稳的时间序列,包括趋势项和随机项。采用BP网络对不平稳时间序列进行数据拟合,处理趋势部分,利用ARMA模型处理随机部分。结合累进算法,对浙江某新建隧道围岩压力进行时间序列预测。结果表明该方法具有较高的预测精度,最大相对误差为3.73%,能够应用于工程实际当中。     

小波变换的在形变监测数据处理中的应用研究

由于受各种因素的影响,变形观测数据可能包含各种各样的误差与变形信息,但仅从这些数据表面上,不能反映形变的任何信息,所以,必须通过对监测数据进行综合处理分析,才能有效地提取变形信息,发现变形规律。本文利用小波多尺度分解,结合变形监测实例,从数据去噪方面对小波变换在GPS变形监测数据处理中的应用进行了研究。通过对处理结果做了详细分析,利用小波变换的多分辨率特性,实现了GPS动态监测数据的滤波、变形特征信息的提取以及不同变形频率的分离,有效的求解变形的非线性系统问题,验证了基于小波理论的GPS变形监测数据处理方法的可行性与有效性。     

偏压连拱隧道围岩稳定性分析与现场监控量测

针对偏压连拱隧道围岩稳定性问题,采用GeoStudio软件的SIGMA模块进行数值模拟,以数值模拟的计算结果作为判断围岩稳定性的控制指标,结合现场压力盒进行监控量测,并利用加权回归分析方法对监测数据进行处理,得出各监测点实测围岩稳定压力。通过对数值模拟结果与现场监测数据的对比分析,可知隧道围岩处于稳定状态。结果表明,利用有限元对隧道进行数值模拟和加权回归分析对监测数据进行处理,两种方法相结合对判断偏压连拱隧道围岩稳定性具有很好的效果。     

车载伽玛能谱测量数据的小波降噪方法分析

介绍了车载伽玛能谱测量和小波降噪方法,采用MATLAB语言编写了小波降噪程序,并对2006~2007年车载伽玛能谱野外测量数据进行了小波降噪处理,结果表明采用小波分析降低车载伽玛能谱测量数据统计噪声是有效的。     

小波变换在海洋浅剖数据降噪中的应用

近海浅剖数据采集时,环境中高频噪声会掺入到有效信号中造成干扰,降低浅剖数据的信噪比。基于小波变换和去噪的基本原理,选取db2函数为小波基函数,采用小波变换对近海浅剖信号进行降噪处理,频率分析结果表明,小波变换降噪法能有效地压制信号中的高频噪声,提高浅剖信号的信噪比,降低均方根误差,同时能够避免过度去噪的问题,实现浅剖信号降噪的目的。以江苏辐射沙脊群北部西洋的浅剖数据为实例,基于Matlab语言和小波工具箱,以db2小波基函数进行降噪处理,有效地压制了浅剖信号中3.5 kHz以上的高频噪声,浅剖数据的信噪比提高了2.04。     

隧道工程信息监测及其分析与控制

基于新奥法原理,在西山坪高速公路隧道工程监控与信息分析的研究课题中,通过监测所获的大量现场数据,分析了围岩变形特征和规律及其与支护的关系.利用自编软件对监测数据进行了信息处理和计算分析.导出了该隧道各类围岩的稳定性判据,确定了发生危险性的预测方法.提出了初期支护和二次衬砌的最佳时机,利用反馈信息,保障了该隧道施工的安全性、可靠性、合理性和经济性.     

地下工程围岩稳定反馈分析研究

信息反馈施工方法在地下工程中被广泛地应用,但如何合理地应用监测数据仍是目前一个值得深入研究的问题。对地下工程施工监测数据提出了两种分析方法：一是在理论上讨论监测数据与洞周围岩性态的关系;二是对数据大小以及数据分布范围进行统计,通过分析得到洞周围岩变形规律。基于三维弹塑性损伤有限元方法,依据分析数据得到的信息,采用变尺度优化方法对地下工程进行反演分析,并对后续围岩变形进行合理地预测。通过对实际工程的分析,预测结果和监测数据变化规律基本一致,数值上吻合较好,因此为同类工程的信息反馈分析提供了一个有效地处理方法。     

龙潭隧道围岩收敛变形灰色系统预测模型

基于龙潭隧道开挖过程中的围岩收敛变形资料,通过对具有一定随机离散性和波动性的位移-时间顺序的数据列进行累加处理,建立了GM(1,1)灰色预报模型,预测了围岩收敛变形的未来趋势,并对预测位移进行一次累减,得到位移速率预测公式,预测围岩收敛趋于稳定的时间。两个断面的预测值和实测值的比较结果表明所建预测模型可取得比较好的效果。     

公路隧道V级围岩初支型钢支架受力分布及动态变化研究

随着隧道施工地层条件的复杂化,型钢支架与锚喷网联合支护体系已被广泛应用于围岩较差的隧道初期支护。型钢支架是初支的主要受力结构,其受力分布及其动态变化是支护体系稳定的关键控制因素之一,隧道顶部、拱腰及仰拱连接处型钢支架受力变化能有效地反应围岩压力的变化情况。针对Ⅴ级围岩隧道开挖后复杂的应力状况,采用围岩变形控制理论作为隧道施工的安全控制标准。通过对河北省道京承线滦平过境路棒槌沟隧道初支型钢支架受力的监测与分析,基于大量监测数据对监测断面型钢支架受力分布动态变化状况展开研究。结果表明:(1)隧道偏压现象严重,应根据受力分布规律,及时优化支护参数; (2)隧道掌子面与监测断面距离为0~4m时,型钢支架压力增加显著,是隧道施工中加强支架控制的关键时段; (3)型钢支架连接处及拱脚位置受力较大,设计时应合理调整各段型钢支架的长度及连接位置,确保连接处的刚度。研究结果对指导施工及反馈隧道设计具有重要理论与实际意义,也为类似研究提供参考。     

浅埋偏压隧道洞口段软弱围岩失稳突变理论分析

含有断层的浅埋偏压隧道的断层错动引起围岩失稳是一个由渐变到突变的过程,具有非连续跳跃的特征,可以采用突变理论分析围岩破坏方式。以沪-昆客运专线长-昆湖南段CKTJ-Ⅸ标段某隧道洞口穿越断层破碎带为工程背景,根据围岩失稳情况,建立隧道穿越断层段的力学模型,构建断层围岩系统的总势能函数,求出突变模型的标准型式和分叉集方程;将拱顶下沉变形随时间变化的函数展开为泰勒级数,建立隧道围岩稳定状态判别式,实现突变模型和监测数据的融合。研究结果表明,围岩拱顶沉降变形随时间变化的函数与围岩失稳突变模型之间存在良好的转化关系;根据围岩失稳突变判据得出的围岩失稳状态与实际围岩破坏情况基本吻合,且判别式的组成型式简单,对于判断含有断层的浅埋偏压隧道围岩稳定性具有较强的实用性;判别式的大小与围岩的破坏程度之间存在一定的关联。     

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程,提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力,进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间,确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力,得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果,两者比较一致,说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌,计算得到衬砌背后压力约0.04～0.06 MPa,衬砌分担围岩压力比例约13%～16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。     

高速铁路膏溶角砾岩深埋隧道支护荷载确定方法

合理的支护荷载确定方法是膏溶角砾岩深埋隧道设计和施工过程中的关键科学问题。以石太客运专线太行山隧道累计穿越4 410 m膏溶角砾岩地层为依托,通过现场支护荷载量测试验,统计得到初支围岩压力和二衬接触压力。采用泰沙基理论、比尔鲍曼理论、谢家烋理论、铁路隧道设计规范和普氏理论共5种方法分别计算围岩压力,并与现场实测值相比较。结果表明：围岩压力以竖向为主,泰沙基理论值与现场实测统计值最为接近;围岩压力在竖向、水平分布模式不同于传统计算方法,推荐竖向压力采用双峰型或均匀分布,水平压力采用折线型分布;初支和二次衬砌共同承担荷载,二衬分担比例为50.1%。研究成果可为高速铁路膏溶角砾岩以及类似地质条件深埋隧道修建提供参考。     

基于CDEM的隧道卸压爆破及岩爆抑制效应模拟

硬岩隧道开挖过程中的岩爆灾害与隧道围岩的应力状态密切相关，卸压爆破可减缓围岩体应力集中程度，是一种直接有效的岩爆防治措施。以巴陕高速公路米仓山隧道岩爆段卸压爆破为例，运用GDEM-BlockDyna(块体动力学仿真系统)软件进行考虑高地应力和岩体非均质性条件的隧道分步开挖数值模拟分析；将卸压爆破作为唯一变量，进行了两组方案(是否进行卸压爆破)的数值模拟对比分析，并结合微震监测数据，对隧道围岩卸压爆破效果进行检验。结果表明:在隧道围岩分步开挖过程(未进行卸压爆破)的模拟中，围岩出现起裂损伤，应力集中和局部裂纹贯通等现象，并可能诱发岩爆灾害；在围岩卸压爆破条件下，围岩应力集中以及损伤程度有所降低，岩爆风险得到抑制。对比两组模拟结果，损伤均集中于拱顶及拱底，损伤半径比值(卸压/未卸压)分别为3.4倍(拱顶)、1.47倍(拱底)，损伤体积比值(卸压/未卸压)为5.36倍，但区域最大损伤量值从1(未卸压)降低到0.6(卸压)，且围岩应力峰值降低约5 MPa，应力梯度降低0.8 MPa ·m-1，表明围岩仍具有自稳能力，岩爆发生风险降低。相关结果可为隧道高地应力围岩段实施卸压爆破和合理设计卸压爆破方式提供理论依据。     

基于? -SVR算法的隧道围岩位移演化规律预测

针对目前广泛应用的灰色理论、遗传算法(GA)和人工神经网络(ANN)等方法预测隧道稳定性的缺陷，提出应用稳健性能较好的? -SVR（support vector machine）算法对非对称连拱隧道围岩位移演化规律进行预测研究。应用加速混合遗传算法搜索? -SVR最优参数，以提高? -SVR的预测能力。将预测结果与灰色理论、BP神经网络预测结果进行比较，显示? -SVR算法学习和预测精度高。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析

因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。