山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法与应用研究

为解决山地轨道交通隧道在BIM建模中存在的隧道线路偏差大、隧道构件复杂繁多、属性添加效率低以及呈现效果单一等问题,提出一种基于Revit+Dynamo+Excel及EVS软件的山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法。结合隧道线性工程特点,对Revit内置Dynamo插件二次开发,实现隧道快速精准的参数化建模和批量定义属性参数。提出基于EVS软件建立隧道三维地质体模型的方法,制定地层建模和岩性建模的实现方式和标准流程,结合隧道BIM模型全面实现隧道建设过程中的可视化。依托施家山隧道项目,基于Cesium框架实现了BIM模型、GIS地表和地质体三维模型的集成,实现三维可视化模型与模型属性、数据信息等可交互式操作。实践表明,Geo-BIM建模方法可以快速地对隧道BIM模型及其三维地质模型进行建模,通过集成后的模型信息之间能够表现出很好的交互效果,具有良好的工程应用价值。

数字经济背景下土木工程专业本科教学新路径

文章首先分析了数字经济环境,然后阐述了数字经济背景下土木工程专业本科教学遇到的新问题,最后论述了数字经济背景下土木工程专业本科教学新路径,包括理论教学的数字化改革、实践教学的数字化改革、融合数字化元素的课程思政建设。

基于BP神经网络的隧道超前地质预报资料综合解译技术研究

为提高超前地质预报资料综合解译的准确性,本次研究通过大量预报工作实践与持续开挖验证,建立了一套基于隧道掌子面地质调查法、地震波反射法和电磁波反射法于一体的隧道超前地质预报资料的综合解译规则。其中,一级综合解译基于掌子面地质编录一项指标和超前地质预报探测的四项指标分析得到,包含70条一级综合解译结果;二级综合解译在一级综合解译的基础上增加了地质雷达探测资料的两项指标,包含117条二级综合解译结果;二级综合解译比一级综合解译更详细、具体,降低了多解性出现的概率。同时,选取了70组训练样本,采用Back Propagation神经网络分析方法训练解译规则,形成了一套隧道超前地质预报综合解译技术。最后,以大巴山脉某公路隧道预报为应用实例,提出方法的预报准确率在80%以上,证明了该综合解译技术的有效性,研究可为隧道综合超前地质预报资料解译提供参考。

隧道围岩分级特征智能识别及可视化研究

准确、快速获取隧道围岩级别对工程设计、施工及运营意义重大。结合多个四川高速公路隧道项目,共采集7000余张隧道掌子面图像,并利用数据增广方法将数据集扩充至20000余张。按节理裂隙特征、风化卸荷情况、地下水发育情况3种像特征对数据集进行分类标注,并按8:2的比例划分为训练集与验证集。结合深度学习方法,实现掌子面围岩分级特征参数提取识别。搭建了VGG系列、ResNet系列、DenseNet系列、GoogleNet、InceptionV3等卷积神经网络分类模型,并引入准确率、查准率、召回率及F1值等多种评价指标对比分析多种卷积神经网络分类模型的围岩特征(掌子面图像的节理裂隙特征、风化卸荷特征以及地下水发育特征)识别效果。研究结果显示基于DenseNet模型分类识别效果最好,分类准确率分别为:围岩节理裂隙特征87.5%,风化程度特征90%,地下水发育程度特征91.5%,且各特征的F1值均在0.789以上,最高为0.944,平均值为0.852。此外,对DenseNet系列分类模型进行可靠性验证,基于CAM以及Grad-CAM对模型进行分类决策可视化研究分析,分类决策热力图结果显示分类结果与标签特征的强度、位置及范围强相关,为掌子面围岩智能分级提供一定的可解释性,同时也证明了分类模型的预测效果理想。研究成果为利用深度学习进行围岩特征提取提供了新思路。

小型堆核主泵内部流动特性数值计算

为研究不同工况下小型堆核主泵内部流动情况,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟与试验相结合的方法,选取4种工况(0.6 Q d,0.8 Q d,1.0 Q d与1.2 Q d)进行内部流动特性分析,并选取具有典型意义的出口中心截面,以三维速度流线、速度分布云图、涡量分布云图等形式,对比考察了不同流量工况条件下泵内部流动规律及其变化趋势.通过分析叶轮与导叶之间的通道回转面压力、速度分布云图以及叶轮叶片与导叶叶片的叶片压力载荷曲线,解析了叶轮和导叶内部的流动分布和能量转换机制,从而为小型堆核主泵的水力优化设计提供直观认识.研究结果表明:在设计流量工况1.0 Q d下,小型堆核主泵内部流线平顺稳定,叶片工作面与背面压力载荷较稳定;在小流量工况0.6 Q d和0.8 Q d下,叶轮叶片上高压区增大;在大流量工况1.2 Q d运行时,泵内压力分布变化较大;试验结果与数值计算结果的一致性进一步验证了计算模型的准确性.研究结果不仅阐释了小型堆核主泵内部的流动特性,而且为小型堆核主泵的设计提供了一定的理论依据和应用指导.

隧道可缩工字钢拱架让压规律模型试验研究

为研究软岩隧道可缩工字钢拱架让压装置的缩动规律,在侧压大拱压小的对称荷载(侧压比为1.5)和左拱腰偏压荷载两种工况下,进行室内整榀可缩工字钢拱架模型加载试验,分析其让压装置的让压过程及拱架变形等规律。结果表明:可缩工字钢拱架在两种工况下的让压过程可划分为弹性变形阶段、适应荷载-变形协调阶段、稳定让压阶段、荷载-让压变形同步增加阶段和让压完成后刚性阶段,其中稳定让压阶段,荷载呈现出小范围“增荷—卸荷—再增荷”的让压特点。稳定让压阶段、荷载-让压变形同步增加阶段的转折点可作为可缩工字钢拱架让压装置的增阻时机,并提出了相应的判断参数k。让压装置位移和拱架关键位置变形随总荷载的增加具有较高的同步性。在左拱腰偏压工况下拱顶让压装置产生平面外的错动变形,而其边墙处的让压装置和侧压大拱压小工况下的全部让压装置均未发生此类错动变形。研究成果提供了可缩工字钢拱架在侧压力大以及偏压荷载下让压缩动规律的新认识,可为在高地应力软岩隧道现场应用时提供一定的指导意义。

非静水压巷道塑性区半径的复变函数实用解答与应用扩展

针对非静水压力作用下圆形巷道的非圆塑性区边界线求解,首先通过类比提出围岩弹性区应力的简洁复变函数,基于理想弹-塑性模型和Mohr-Coulomb准则并利用围岩弹塑性交界线处的应力连续条件,建立了巷道塑性区半径的复变函数实用解答,其次采用弹-脆-塑性模型和统一强度理论以考虑围岩强度的峰后脆性下降与中间主应力效应,推导了巷道塑性区半径的复变函数扩展解答,最后给出所得解答的适用条件,并与文献理论解答和实测结果进行对比。研究结果表明:所得复变函数实用解答具有显式解析表达和易于计算分析等优点,其正确性与精度得到文献摄动解和高精度复变函数解的充分性验证;所得扩展解答保留了原实用解答的所有优点,能合理描述围岩强度的峰后脆性下降与中间主应力效应而工程应用前景广阔,与深埋巷道实测松动圈吻合良好。

基于位移控制的双排桩桩后滑坡推力计算方法

工程实践中,普遍以极限状态下的传递系数超载法获取单排桩桩后滑坡推力后再人为分配双排桩桩后滑坡推力,这与实际处于非极限状态的前后排桩的受力情况不符。从桩土变形协调出发,考虑位移与土拱效应之间的相关关系,结合莫尔圆坐标平移法和斜微分单元法,建立了基于竖向土拱理论和水平土拱理论的非极限状态下双排桩桩后滑坡推力的计算方法。与室内离心模型试验结果相比,前排桩桩后土体位移7,21 mm对应的前排桩桩后滑坡推力理论值与实测值基本相等,而后排桩桩后滑坡推力理论值与实测值误差为1.08%,6.42%,一定程度上说明了本方法的合理性和适用性。计算方法可以为任意桩后土体位移下双排抗滑桩桩后滑坡推力的计算和设计提供理论依据。

“国和一号”湿绕组电机主泵声-固耦合振动特性分析

应用商用专业软件ANSYS,对三代核电“国和一号”湿绕组电机主泵固体结构的湿模态以及湿绕组电机主泵热屏、飞轮及电机的冷却腔室内部复杂流体域的声模态进行分析,避免这两个模态的固有频率与主泵的运行频率接近而产生共振。

一种多属性三维地质模型的快速建模方法及在高地应力隧道中的应用

为了解决传统三维地质建模方法对复杂地质条件场地的建模效率低的问题,基于指示克里金法(indicator kriging)实现复杂地质条件下的三维地质模型的快速构建,以及空间中岩性分布的准确表征;通过二次开发,实现复杂地质情况下三维表观模型与数值模型的融合。以围岩分级修正与高地应力隧道岩爆灾害预测为例,开展三维地质模型的属性分析。最后,结合地应力属性模型与开挖计算得到的隧道围岩应力分布情况实现对某隧道岩爆发生区域、等级的工程预测分析。结果表明,该隧道通过硬岩段易发生中等至强烈岩爆。

深埋长隧道纵剖面初始地应力插值计算方法及应用

为快捷高效地获得隧道轴线地应力,满足工程实际使用需求,构建一种基于地质统计克里金法的深埋长隧道初始地应力插值计算方法。首先,采用交叉验证迭代计算出各误差指标,在3种变异函数模型中选出最优函数模型用于地应力插值计算,获得隧道剖面的主应力量值及最大水平主应力方向;然后,考虑不同地层和断层的影响,对隧道洞轴线主应力结果进行修正,获得隧道洞轴线主应力量值及最大水平主应力方向。该方法以少量的地应力实测数据为基础,不受隧道勘察资料和工程线路方案调整等影响,可快捷高效地获得隧道轴线地应力量值及方向。通过工程应用表明:1)该方法的计算值与实测地应力值拟合精度较高,其中最大水平主应力拟合度约85%;2)通过插值计算获得了隧道洞轴线主应力量值及最大水平主应力方向,隧道最大水平主应力达52.50 MPa,隧道主应力方位以NW向为主,局部段为NE向。

实孔径毫米波雷达的边坡变形监测能力分析

变形监测是了解滑坡演化过程的重要手段,为探究实孔径毫米波雷达(RAR)的边坡变形监测性能,采用摄影滑轨作为变形模拟装置,开展实孔径毫米波雷达的变形监测模拟试验,并结合工程案例分析。研究表明:①实孔径毫米波雷达具备变形监测的能力,当摄影滑轨返回至原点时,实孔径毫米波雷达的误差仅为-4.68 mm和6.39 mm,整体能准确反映出摄影滑轨的变形特征;②单台实孔径毫米波雷达能监测到水平覆盖范围在200 m以内的角反射体,且能得到较好的变形信息,可满足中型滑坡体的监测需求;③整体验证了三维坐标解译原理的可行性,在变形量达到970 mm时,其解译的空间位移误差为9 mm,误差比小于1%,方位角的解译与实际滑轨运动方向趋于一致。综合模拟试验及工程案例表明,实孔径毫米波雷达满足滑坡变形监测的需求,具有较强的稳定性。

“华龙一号”核主泵泵组转子轴向窜动量有限元分析

为了研究在自重、外部载荷和受热膨胀等因素下核主泵泵组相关部件对转子轴向窜动量的影响,通过建立某型号轴封型核主泵泵组的有限元分析模型,采用数值计算和试验验证相结合的方法对核主泵泵组的转子轴向窜动量进行了分析.研究结果表明:泵侧电动机支座和密封室区域之间的受热膨胀有利于核主泵机械密封自由补偿间隙,而电动机相关部件受外部载荷变形和受热变形较大,叠加转子自重变形和轴承设计游隙后总的轴向窜动量超过设计预期,将对核主泵泵组的正常运行产生负面影响;电动机转子部件的液压顶升试验结果与数值计算结果相吻合,验证了有限元分析计算结果的准确性;为了降低核主泵泵组转子的轴向窜动量,通过增加垫片和增大部分转子零件设计高度的方法对电动机推力轴承游隙和转子轴向窜动量进行了调整优化,并对调整优化后的核主泵泵组进行全流量试验验证,试验结果显示调整优化后的核主泵泵组转子轴向窜动量约为2.2 mm,试验过程中泵组各项性能指标运行稳定,符合设计预期.

不同含水率作用下砂岩的能量机制研究

水对岩石具有软化、溶蚀和水楔作用,为研究不同含水率作用下岩石的能量机制,利用MTS815岩石力学试验系统开展了5种含水率状态下砂岩的常规三轴压缩试验。结果表明:随含水率的增大,岩石吸收总能量的增速和总量减少;弹性能增速在储能阶段随含水率的增加而减小,但弹性能的释放速率则大致相当,岩石的储能极限随含水率的增大而减小;岩石变形破坏所耗散量随含水率的增加而较小,但不同含水率作用下岩石的峰前和峰后能量耗散速率则大致相当;岩石的耗散能比例可以反应内部的损伤状态,耗散能比例随时间变化呈现出先增大后减小,然后再稳定增长,最后急剧变大的规律;随着含水率的增大,声发射能率的集中程度和强度逐渐减小,声发射累计能量随含水率的增大而减小,表明随着含水率的增加,岩石的储能能力和应变能释放能力降低,岩石的脆性破坏特征减弱,塑性增强。

硬脆性岩石热–力–损伤本构模型及其初步运用

热力作用下岩石本构行为的研究对深部资源开采、地热资源开发、深埋长大地下工程设施建设等岩石工程问题具有重要意义。基于现有岩石损伤劣化统计本构模型研究,引入三参量Weibull分布、热损伤、Drucker-Prager屈服准则和残余强度修正系数,经过严密的数学推导,建立了考虑岩石起裂应力的热–力–损伤本构模型,并确定了其参数表达式。采用围压25 MPa、不同温度(20℃,60℃,130℃)条件下黑云母花岗岩三轴压缩试验结果对模型进行了验证。结果表明:模型理论曲线和试验曲线具有较高的吻合度,能够客观地反映岩石热力破裂应力应变全过程和残余强度,且参数物理意义明确。最后,将本构模型嵌入FLAC数值分析软件,对瑞典APSE隧道开挖过程的热力响应进行了数值分析,计算结果较好地反映了隧道现场围岩的破坏规律。

预加固高填方边坡的滑动机制：攀枝花机场12#滑坡

近年来,高填方边坡失稳给山区机场建设和运营带来了严重影响。本文以攀枝花机场12#滑坡为研究实例,阐述了高填方边坡的滑动失稳机制及其稳定性支护措施的有效性。论文首先介绍了滑坡的地质环境、滑坡基本特征及边坡的预加固方案。在对滑坡的形成条件及其影响因素分析的基础上,结合数值模拟,揭示了12#滑坡的形成机制及其变形发展过程。研究表明,导致滑坡的主导因素包括:填方边坡底部的软弱泥岩层、边坡内部丰富的地下水、边坡加固桩不合理的布置以及强降雨。12#滑坡的形成机制可以概括为:推移式蠕滑-累进性剪断-溃滑与超覆。

不同含水状态砂岩的单轴循环荷载微观损伤机制研究

为探究不同含水状态的岩石循环加卸载条件下的微观损伤机制,该文以砂岩为研究对象,运用MTS815试验机开展4种含水率,3种频率条件下的岩石单轴循环加卸载试验。结果表明:岩石的横向损伤发生主要集中在每个应力水平阶段的前10个周次,其中第1周次导致岩石横向产生最大损伤。含水率对岩石的横向累计不可逆应变的影响比应力水平大。同一含水状态下,加卸载频率越高,岩石的扩容点提前。揭示含水状态下的岩石在循环加卸载条件下的微裂纹扩展机制:裂纹空间在低应力水平循环荷载条件下,产生空间塌缩,体积减小,填充水充满了裂纹空间;随着循环应力水平的不断加大,裂纹内部填充水受到挤压,产生超孔隙水压力,向裂纹两端施压,导致裂纹两端的开展。循环加卸载对裂纹扩展起到主导作用,水的存在对裂纹扩展起到辅助作用。研究成果对富水地区的岩质边坡防护工程技术具有参考价值。

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明:天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。

高寒高海拔地区岩质陡边坡JYC生态基材护坡技术

针对川西高寒高海拔地区的气候特征和生态环境,提出川西高寒地区生态护坡的植被配置模式;通过一系列室内外试验,成功地研发一种适宜于高寒地区岩质陡边坡植被恢复的新型JYC生态基材;利用正交试验,研究生态基材的组分构成和配比,并重点分析生态基材各组分与草种生长的耦合关系。3年多的现场护坡试验表明:JYC生态基材具有良好的黏结性能,与锚杆、铁丝网和植物根系组成复合的生态–工程结构,并与岩质陡边坡形成一个有机整体,确保基材自身和边坡浅表层的稳定。经过反复的雨水冲刷和严寒考验,基材流失量极少、无垮塌现象,证明JYC生态基材具有较好的耐旱抗冻性和抗侵蚀性。现场取样测试表明:JYC生态基材的养分含量较高,全氮含量大于0.2%、有效磷含量大于20 mg/kg、有效钾含量大于200 mg/kg,有机质含量大于5%,属于肥力较强的基质,能够持续提供给植物生长10 a以上的养分。掺入高分子材料和磁性肥料的JYC生态基材护坡技术比喷锚支护、喷混植生等边坡防护方法更加环保、经济,是高寒高海拔地区岩质陡边坡植被防护技术发展的方向。

隧道超前地质预报综合分析方法

通过隧道介质物性差异特点分析和常见物探超前预报方法适宜性对比评价,提出"以地质分析为核心,综合物探与地质分析相结合,洞内外结合,长短预测结合以及物性参数互补"的综合预报原则,并建立较为完善的隧道超前地质综合预报方法体系和组织机构。针对隧道中断层、破碎岩体、富水情况、有无溶洞、软弱岩体5种常见不良地质情况,提出合理的预报工作流程,并提取相关地质参数和物探成果参数,建立综合分级评价体系。最后,采用模糊神经网络方法,实现隧道常见不良地质情况的综合预报,铜锣山岩溶隧道应用情况表明,综合预报结果准确率达80%。