新陈代谢改进灰色预测模型在隧道围岩位移量测中的应用研究

为了预测围岩位移监控量测数据的变化趋势,掌握围岩变形随时间的发展规律,文章以新建的里田隧道为例,采用灰色预测模型对隧道监控量测的拱顶下沉和周边收敛实测位移数据进行模拟和预测,并将预测位移数据与实测位移数据进行对比分析,验证灰色预测模型的适用性。结果表明:灰色预测模型在拱顶下沉和周边收敛位移预测方面具有良好的效果,引入了新陈代谢算法和残差修正理论的新陈代谢改进灰色预测模型可提升拱顶下沉和周边收敛位移预测的精度,有效降低计算过程中的误差积累,在隧道围岩位移量测领域具有很大的应用价值。

瀑布沟水电站地下厂房洞室群施工期围岩位移特征分析

根据监测资料分析地下厂房洞室群的整体变形量级及空间分布情况。结合地质资料和开挖施工进度,以主厂房为例,从位移量、深度规律、位移速率等方面分析地质因素和施工因素对位移的影响,及二者的相互影响效果。研究结果表明:主厂房变形较大部位集中在岩锚梁部位和下游边墙;上游断层影响效应不明显,下游有无断层部位位移量差异较大,临近部位交叉施工对下游围岩位移影响较大,施工因素强化了地质因素的影响力度;变形是多种因素共同作用的结果,而地质因素和开挖施工是变形产生、发展的主要影响因素;地质条件差的部位变形较大的规律并不完全正确,施工不当的会加大结构面的影响效果,使围岩位移加剧,即使在无结构面的情况下,也会造成围岩大变形;一般断层通过的部位变形表现为"张开"位移,变形在穿过结构面部位差异明显。断层对变形的规律也是复杂多样,与其强度和所处位置有很大关系,有待进一步的研究。爆破是开挖施工的主要手段,其技术研究有很高的学术价值和经济意义。

隧道围岩位移的灰色优化模型预测

传统灰色GM(1,1)模型 ,多适用于等间距和低增长序列监测数据的模拟预测 ;对非等间距和高增长序列 ,一般经过等间距处理或经过复杂的变换建立非等间距模型进行预测 ,且往往产生较大的滞后误差。在时间序列 [k ,k + 1]区间上 ,用n个小区间的梯形面积代替 [k ,k + 1]区间上GM(1,1)函数曲线对应的面积 ,以优化提高背景值z( 1) (k + 1)的精度。这种以优化灰色模型背景值为基础构建的灰色优化模型 ,普遍适用于隧道围岩位移等间距或非等间距以及低、高增长监测数据序列的位移预测 ,能很好地模拟预测隧道围岩位移的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型时序变化特征 。

软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维弹塑性数值模拟

以渝黔二期工程笔架山隧道埋深最大的软弱围岩段实体建模,应用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性数值模拟,从而得出该段某一指定横断面上各点围岩沉降及水平位移随开挖过程的变化规律和数值大小。计算结果表明:对沉降和水平位移影响最大的是在指定段前后各3m的范围内,约占其总量的2/3,而上台阶开挖的影响又明显大于下台阶开挖;在掌子面未开挖之前,围岩沉降和水平位移均已完成40%左右;从横断面上看,围岩位移比较明显的区域主要集中在距洞壁3～5m处。另外,现场实际量测拱顶下沉数据和拱腰水平收敛值与计算数据的相互比较表明,两者变化规律吻合较好。

基于ε-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ε-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ε-SVR最优参数,以提高ε-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ε-SVR算法学习和预测精度高。

两平行的任意形状洞室围岩位移场解析法研究及其在位移反分析中的应用

利用 Schwarz交替法 ,得到了任意次迭代后两任意形状洞室的围岩位移场 ,通过精度分析发现 :2 0次迭代后的位移结果精度非常高。初步探讨了两洞室位移反分析的应用 。

官地地下厂房洞室群施工期围岩位移特征分析

对官地水电站地下厂房洞室群施工期围岩位移特征进行分析,以主厂房为例,研究结构面对位移的影响和位移随时间曲线的变化规律。分析表明:地下厂房围岩位移为0～20 mm,位移较大部位出现在主厂房边墙中上部和岩锚梁部位。开挖揭露量级较大部位的位移主要受到错动带控制,施工期洞室最大位移达到61.49 mm,结构面附近的张开位移是该部位的主要位移。锚杆和锚索对围岩位移起到很好的约束作用。位移主要发生在开挖施工期间,且随开挖过程表现出典型的阶跃上升特征;开挖施工结束后围岩位移收敛速度较快,围岩位移的时效特征不显著,洞室群稳定状况良好。

基于复变理论的盾构隧道围岩位移预测分析

为了揭示盾构隧道在不同位移边界条件下的围岩位移分布情况,将该问题简化为含圆形孔洞的弹性半无限平面第二类基本问题,运用弹性复变函数理论,结合洞周5种不同位移收敛模式,推导了两个位移复势函数φ（z）和ψ（z）的表达式,给出了围岩任意一点位移分量（u,v）的解析通式,并讨论了不同埋深与不同位移边界条件下围岩位移分布规律。基于理论公式,预测了工程实例的地表沉降,并将预测结果与实测数据进行了对比分析。研究结果表明：（1）当隧道半径r_0=4.0 m、泊松比μ=0.3,隧道埋深h从2r_0增为6r_0时,地表相对沉降量最大值Δv_（max）变化范围为0.33~1.94,地表沉降影响范围约为28.7~124.1 m,地层相对水平位移最大值Δu_（max）随埋深变化不大,且最大值Δu_（max）处于隧道中心水平线附近;（2）在5种不同位移收敛模式中,有两种模式预测的地表沉降值与实测数据较为吻合,其理论解可为指导隧道设计和施工提供理论基础。

基于围岩位移控制的超大断面黄土隧道施工方法研究

为了确定超大断面黄土隧道的最优施工方法,考虑隧道衬砌结构和土体的弹塑性本构关系,利用有限元软件——ANSYS,采用6种施工方法(CD法、CRD法、单壁导坑法、双臂导坑法、预挖开挖法和预留开挖法)对超大断面黄土隧道进行了数值仿真。通过对围岩控制点位移的对比分析可知:对于超大断面黄土隧道的施工,CRD法为最优施工方法;施工中加临时支撑时,中部临时支撑对于围岩稳定性具有较大影响,临时支撑拆除前后隧道围岩的塑性等效应变均增加了约20%。

隧道围岩位移的混沌时间序列预测分析

隧道开挖过程中围岩位移不可避免地受到诸多因素的影响,而位移作为围岩内部力学现象的宏观表象具有很强的混沌动力学特性。文章利用现场位移实际观测的一维数据,合理地确定嵌入维数和最佳延滞时间,重构了可以充分反映原动力系统相空间的混沌时间序列。并以混沌时间序列为训练样本,通过模糊神经网络,建立了适合隧道围岩位移预测的混沌时间序列-模糊神经网络模型。结合新建兰州至重庆铁路枣树沟2#隧道围岩位移为例进行了分析与预测。研究结果表明,新模型的预测精度较高,计算收敛速度快,实时稳定,在工程中具有较高的实用价值。

缙云公路隧道围岩位移分析

以缙云公路隧道为例 ,通过对缙云公路隧道现场实测的围岩位移资料分析 ,综合考虑公路隧道所处地质环境及施工工艺水平等因素 ,讨论了公路隧道施工中围岩位移和区域性地质构造、围岩类别、应力水平之间的关系 ,分析了水平收敛和拱顶沉降及不同方向的测线位移与围岩稳定基准之间的关系 ,提出了位移敏感率的概念 ,以便合理规范地评判公路隧道围岩位移的稳定性 ,得出了沿隧道纵向的围岩位移分布与其区域性地质构造和水平应力相适应的结论。其结果对于复杂地质环境中公路隧道的设计、施工和研究工作具有借鉴意义。

地下电站厂房层状围岩位移的动态效应研究

层状复合围岩岩体软硬相间,不满足均匀、连续及各向同性的要求,研究依据多种测试手段,对开挖后围岩的稳定性和变形性进行实时监测,并对数值模型进行三维非线性弹塑性计算、分析,比较准确地预测了围岩的动态变化过程,研究了层状围岩位移和应力的变化规律。

进化BP神经网络的围岩位移预测

利用遗传算法,在BP神经网络模型的基础上,从连接权、网络结构和学习参数等三方面进行了进化,得到了进化BP神经网络模型,并在VC++6.0平台的基础上自主开发了遗传算法进化BP神经网络预测系统,且采用十进制编码。将该系统运用于通渝隧道围岩预测中,其预测结果表明,进化的BP神经网络模型在训练时的迭代次数比未进化的BP神经网络模型下降了约9倍,提高了运算的效率,其预测结果也较准确。

偏最小二乘回归的神经网络模型在巷道围岩位移预测中的应用

偏最小二乘回归方法集多元回归、典型相关分析及主成分分析的功能于一体,能有效地处理自变量的多重线性相关问题,但不能较好地处理因变量与自变量间复杂的非线性问题,而神经网络方法是处理非线性问题的有力工具,但输入数据的严重相关性会使得网络的求解变得不稳定且收敛速度很慢,本文试图把这两种方法结合在一起来预测巷道围岩的位移.结果表明,结合方法比单一方法优越.通过偏最小二乘回归对巷道围岩的位移影响因子的处理,消除了影响因子的线性相关性,并提取了对因变量解释性最强的成分,使BP(backpropagation)网络的输入层节点数目由原来的7个减少到3个,起到了简化网络结构,增强网络稳定性的作用.

母线洞开挖时序对围岩位移的影响效应

以瀑布沟水电站地下厂房和溪洛渡水电站地下厂房为背景,以主厂房为研究对象,基于施工期围岩位移监测资料,借助数值模拟,分析母线洞采取不同开挖时序对围岩位移的影响。首先,借助监测成果,分工程部位(顶拱、岩锚梁、上游边墙、下游边墙)对比分析母线洞开挖采取先墙后洞和先洞后墙2种施工时序下围岩位移情况;然后借助数值计算,对Ⅱ, Ⅲ类围岩在高、中、低3种不同地应力条件下母线洞开挖分别采用先洞后墙和先墙后洞2种开挖过程进行模拟。综合分析现场监测成果及数值模拟结果,得出的结论为:母线洞施工时序对围岩位移的影响,主要体现在岩锚梁层及以上部位,其中以下游岩锚梁部位影响最大;从控制围岩位移的角度讲,当低地应力时,施工时序不同造成的影响差异不大,在中、高等地应力状态下适合采用先洞后墙的施工时序。作为与地下厂房相贯的洞群,施工时机的合理性具有工期控制及围岩稳定双重意义,不同地质条件下母线洞开挖时序的影响效应值得深入探讨。

低地应力区地下洞室开挖后围岩位移二维离散元数值模拟

以西北某水利工程地下洞室为例,对低地应力状态下洞室开挖后围岩位移变化及其相应特征,采用了二维离散元法进行数值模拟研究,结果表明:低地应力区地下洞室开挖后围岩位移主要发生在拱顶位置,而发生在侧壁水平位置上的围岩位移量则明显不及前者,这说明低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏主要发生在洞顶垂直方向,侧壁水平方向围岩变形破坏规模和强度均不及前者.

充水溶洞隧道围岩位移特征及影响因素研究

研究目的:随着交通事业的加速发展,在可溶岩地区修建隧道工程将会越来越多,岩溶水问题将越来越突出,成为影响线路方案、隧道施工和运营安全的重要因素。目前岩溶水对隧道围岩稳定性影响的研究还较少。本文以某高速公路岩溶隧道为背景,结合工程实践,对侧部存在充水溶洞的隧道在施工过程中的围岩位移及影响因素进行研究。研究结论:(1)隧道开挖后,隧道靠近溶洞侧侧向水平位移要远大于远离溶洞侧的水平位移,其中拱腰处水平位移最大;(2)当溶洞与隧道的净距逐渐增大时,隧道和溶洞特征位置的位移值均有不同程度的减小;(3)当溶洞尺寸逐渐变大时,隧道和溶洞特征位置的水平位移均有不同程度的增大且呈线性变化,竖向位移影响较小;(4)当溶洞内水压逐渐增大时,隧道特征位置的水平位移均有不同程度的增大且呈倒置的抛物线型变化,竖向位移呈线性变化但幅度较小;(5)本研究成果可为穿越富水岩溶区隧道的设计、施工和科研提供参考。

巷道端部围岩位移规律

本文采用实测与数值分析相结合的方法，研究了巷道端部出现塑性变形后的围岩位移规律。研究表明主要影响因素是：铅垂方向和水平方向原岩应力的差值和岩体弹性模量。在所研究的各种条件下，巷道端部的影响范围都接近于巷道掘进半跨度的５倍。

特大断面浅埋偏压隧道CRD工法下围岩位移变形规律

以国内罕见的大跨度超大断面浅埋偏压隧道——前欧隧道为工程背景,通过现场试验获得围岩变形数据,运用速率上限截断方法及小波理论对数据进行处理,并运用Ansys对开挖过程进行二维模拟,获得了一些变形规律:右上导坑的水平方向收敛计算值为18 mm,明显比其他2个方向值8.6 mm,3.8 mm大得多,而全断面水平方向收敛计算值7.9 mm与其他2个方向值4.5 mm,4.4 mm基本相同,均与实测值规律相同;右上导坑收敛曲线受开挖工序影响比较明显,呈现出明显的周期性,而全断面收敛曲线周期性不明显.

线弹性半无限体中开挖引起围岩位移与参数关系的相似方法研究

根据用相似理论导出的、在自重体积力作用下开挖引起围岩位移的一般关系式,借助于量纲分析,并与数值模拟结果比较,给出了在线弹性半无限体中开挖引起围岩位移与岩石材料的单位体重、弹性模量及开挖几何条件的定量关系,并讨论了这种定量关系成立的条件及使用方法。所得到的一个重要结论是,在不完全满足几何相似律和所给定的其他条件下,巷道围岩中一点的位移与其横断面尺寸和几何中心(或形心)到地表的距离的乘积成正比。