双线盾构隧道开挖引起既有铁路路基沉降及盾构掘进参数研究:工程案例

为揭示盾构掘进参数对既有铁路路基沉降的影响规律,本文依托北京地铁16号线丰益桥南站至丰台站双线盾构隧道下穿既有铁路线路工程进行案例分析。将盾构掘进过程分为盾构穿越前、盾构穿越中和盾构穿越后三个阶段。实测数据表明,路基沉降在盾构穿越前逐渐增大,在盾构穿越过程中急剧增大,在盾构穿越后趋于稳定。将盾构管片及时封闭成环,施作补偿注浆、二次注浆,有利于控制路基沉降。此外,盾构掘进参数对控制路基沉降具有至关重要的作用。研究结果表明:盾构掘进速度越快引起的路基沉降越大,继而引起较大的土仓压力,并伴随刀盘扭矩和盾构总推力的骤减;由于盾构过程中出土量易于控制,因此其对路基沉降影响不大;然而,如果同步注浆量控制不当,将导致既有路基向上隆起。本研究为盾构开挖下穿多条既有铁路线路引起的路基变形控制以及盾构掘进参数设置提供参考和指导。

破碎岩体中盾构施工掌子面安全系数计算方法研究

为解决由于破碎岩体造成的盾构施工过程中隧道掌子面失稳破坏的风险,基于强度折减理论、修正椭球体理论和极限平衡安全系数理论,结合有限差分计算软件,提出一种破碎岩体中盾构施工掌子面安全系数计算方法,并对该计算方法的可靠性进行验证。研究结果表明:1)强度折减法适用于破碎岩体中盾构施工掌子面安全系数的计算;2)破碎岩体发育程度、掌子面支护压力对掌子面的安全系数影响很大。

水布垭枢纽地下厂房开挖支护过程三维数值模拟

考虑清江水布垭枢纽大型地下厂房围岩(包括主要断层在内)的复杂地质条件,建立了其三维数值模型,对软岩置换、分步开挖及支护的施工全过程进行了数值模拟。基于计算结果,对比分析了毛洞与分步开挖支护两种情况下,若干典型断面各施工过程步的应力分布、顶拱沉降和侧墙收敛变形及其演化过程。分析表明:计算结果与现场监测信息具有较好的一致性,支护条件下该地下厂房总体上是稳定的,计算成果对后续施工与支护方案的动态设计优化具有指导意义。

基于三维数值模拟的地下大型洞室锚固参数智能优化

地下大型洞室锚固参数优化具有以下特点:稳定性目标和经济性目标是矛盾的,洞室的稳定性分析非常复杂,评价指标要求全面反映锚固效果,锚固参数组合的方案数量多,优化计算量大。针对这些特点,在采用FLAC3D进行较大规模的三维数值模拟的基础上,综合应用遗传算法、神经网络建立了进化神经网络演化有限差分方法,确定了约束条件及优化的指标,给出了优化的方法和步骤。利用该方法,对水布垭地下厂房3～6层施工的上、下部锚索、锚杆、喷层等锚固参数进行了优化。工程实例表明所提方法是可行的。

无底柱崩落采矿大断面结构参数的数值模拟研究

针对金山店铁矿亟需确定的大断面结构参数问题,采用东北大学研制的SLS崩落放矿模拟系统和ITASCA公司的岩土工程软件FLAC3D,对该矿三期的采场结构参数进行了模拟分析和研究。数值放矿试验表明,崩矿步距对矿石回收指标影响较大,崩矿步距3.5～4.5m更有利于指标回收,兼顾爆破参数因素时推荐为3.5m。通过进路群开挖的数值模拟,并对开挖过程围岩的位移、应力和塑性区进行分析,发现开挖后塑性区范围不大,巷道具有良好的稳定性。因此,拟采用的进路参数从矿石回收指标和巷道稳定性方面看是较合理的方案。

邻近桥桩地铁车站施工数值模拟及敏感性分析

在城市中修建地铁隧道的过程中,开挖扰动对既有建筑和桥桩的影响问题特别值得关注。大连地铁2号线香工街车站采用明挖法施工,高架桥桥桩外边缘距离车站主体结构外墙净距仅2.55m,车站开挖对高架桥影响极大。采用数值模拟的方法研究隧道施工对近接高架桥的影响,模拟获得了各开挖时步的地层位移、最大主应力、围护桩位移和桥桩位移。在数值模拟基础上,采用正交设计方法,根据极差分析原理,分析E2,μ2,E3,μ3,c3和φ36个因素对于地表沉降、桥墩沉降、桩体倾斜、支撑轴力及桥墩倾斜的影响,获得敏感性的排序。分析结果对于该工程的施工的反馈分析和方案评价具有积极的意义。

大型洞室群收敛位移分析的集成智能研究

针对地下大型洞室群施工的反馈分析速度慢、难以跟上施工进度的问题,研究了把数据库、知识库、模型库和推理机集成为一体的收敛位移的智能分析系统,并开发了系统原型。介绍了系统功能、总体结构、各子系统的结构、推理方法和数据组织方式。通过该系统对富尔江引水遂洞桩号1+205断面的位移数据的分析,证明本系统的开发是成功的。

岩芯成饼单元安全度三维数值试验及地应力反馈分析

岩芯饼化是深部及高应力地质环境特有的现象,通过岩芯饼化来推测地应力有重要的理论和工程意义。首先模拟不同应力对岩芯饼化厚度的影响,并综合三维弹性数值模拟和带拉伸的莫尔-库仑强度准则,提出岩芯饼化"潜在破坏面"单元安全度的计算方法,研究不同地应力对岩芯潜在破坏面的影响。模拟结果表明,在水平应力一定的条件下,随着竖向地应力的变化,竖直岩芯潜在破坏面单元安全度、剪切破坏和拉伸破坏模式都发生变化。单元安全度方法能够直观显示岩芯潜在破坏面安全度的分布,并量化地反映地应力与岩芯破坏模式之间的对应关系。采用单元安全度方法,对美国Williston盆地Bakken页岩储层的前期勘测地应力和观测岩芯分析,取得相一致的计算结果,说明利用该方法分析与识别地应力是可行的。

基于粒子群最小二乘支持向量机的瓦斯含量预测

针对经验模型与确定性模型在应用中受到限制问题,采用基于统计学习理论的支持向量机对经验数据进行学习,建立瓦斯含量与其影响因素之间的映射模型,从而实现煤层瓦斯含量预测。支持向量机的惩罚因子和核参数取值不同将会明显影响其预测的精度,支持向量机本身也没给出解决的办法,引入粒子群算法自动搜索支持向量机参数。该方法克服了神经网络过学习问题和支持向量机人为选取参数的盲目性问题。通过对某矿区样本的学习预测研究,表明该方法可取得良好的预测效果,具有较好的适应性。

基于PSO-SVM的大坝渗流监测时间序列非线性预报模型

大坝渗流监测分析是大坝安全监控的重要内容,预测分析的难点之一在于渗流监测数据往往具有复杂的非线性特点。本文充分利用支持向量机的结构风险最小化与粒子群算法快速全局优化的特点,采用粒子群算法快速优化支持向量机的模型参数,通过该模型对非线性监测数据进行拟合,建立了基于PSO_SVM的大坝渗流监测的时间序列非线性预报模型。本模型应用于隔河岩水电站的坝基渗流量的预测,计算结果与实际监测值吻合良好。

基于DE-FEM隧道反分析可视化平台研究及应用

针对传统反分析优化容易限于局部最小化以及反分析数据不直观等问题,引进一种新的全局智能优化算法(DE),与应力回映的弹塑性非线性有限元(FEM)相结合,实现围岩弹塑性参数快速识别。基于可视化类库(VTK)对单元应力、应变和节点位移等结果数据进行图像显示,从而实现了隧道施工反分析EEOS高性能可视化平台。在介绍算法原理、程序设计基础上,介绍该系统在某工程的应用情况。应用表明,该平台计算收敛快速、识别精度高、结果直观,为隧道工程反分析提供了科学高效的途径。

地下水化学特征组分识别的粒子群支持向量机方法

采用粒子群算法优化支持向量机参数,建立了地下水化学特征组分识别的粒子群支持向量机模型.该方法利用支持向量机结构风险最小化原则和粒子群快速全局优化特点,通过对水源样本的学习,可以快速自动建立典型离子化学组分含量与其所属岩层类别之间的映射关系.

进化神经网络在矿山入选品位优化中的应用

在矿山入选品位指标研究中,正确建立有关因素之间的数学模型是实施优化的关键。其中选矿子系统的入选品位、混岩率与选比之间呈复杂非线性关系。为克服一般神经网络收敛慢和过学习的问题,采用改进遗传算法的进化神经网络模型映射混岩率、入选品位与选比之间的复杂非线性的对应关系,并将建立的选比神经网络模型用于金山店铁矿入选品位的优化决策支持系统中,取得每年多回收铁精矿16.23万t的良好效果。

基于最小二乘支持向量机的煤层底板突水量预测

针对底板突水受到多种复杂因素的影响和突水量预测可看成是非线性、高维数、有限样本的模式识别问题,提出煤层底板突水量预测的最小二乘支持向量机方法,给出预测步骤,建立了符合期望风险最小化原则的预测模型,表达了最大突水量等级与其影响因素之间的非线性关系.

由工程实例获取隧洞围岩最大变形的支持向量机方法

在收集隧洞工程实例的基础上,将最小平方支持向量机用于提取地下隧洞工程实例的尺寸规模、埋深和围岩质量诸因素与围岩最大允许变形之间映射规律,建立了围岩最大允许变形预测的支持向量机模型·并结合样本的情况确定了支持向量机的模型参数:核函数参数和惩罚因子·通过对样本的学习和预测的结果表明,最大误差为14 4%,能满足工程要求·

矿石入选品位优化决策支持系统的开发

在研究矿石入选品位动态多目标优化步骤的基础上,用VC++为金山店铁矿开发了入选品位优化决策支持系统JSDOPT1.0。介绍了开发工具、系统结构、系统特点及部分编程关键技术。采用JSDOPT1.0对开采金山店-200～-277m区段矿体的矿石入选品位进行了优化,获得了良好的效果。

基于DE-SVM三维隧道智能反馈分析研究

为了解决隧道围岩参数不确定性的问题,本文引入支持向量机、差异进化算法和三维数值模拟建立了隧道围岩参数快速反馈分析方法。介绍了方法的原理、步骤和实现过程,开发了隧道监测在线反馈分析软件平台。该方法克服了传统优化方法因为三维数值计算耗时长而无法应用以及容易限于局部最优解的不足,可以与多通道自动监测仪器实时配合使用。将该方法应用于兰州白家坡隧道K8+750到K8+1000桩号之间区域监测分析,搜索得到了围岩力学参数,精度令人满意,本方法提供了隧道围岩三维快速反馈分析的有效途径。

含下卧软层地基极限分析数值试验及承载力安全性研究

含下卧软层的地基在工程中比较常见,但目前对其破坏机制和承载力计算还依赖于很多的假设条件和经验。基于极限分析和快速拉格朗日数值模拟方法,对含下卧层地基的加载破坏过程进行应变控制的数值试验。首先用Prandtl的极限承载力解析解验证了数值试验的有效性,然后对一个含下卧层的地基模型按照不同加载尺寸进行加载数值试验,发现模拟结果存在明显的荷载尺寸效应。模拟获得不同荷载条件下的极限承载力以及相应的应力-应变曲线、渐进破坏模式、下卧软层的沉降规律。进一步将下卧层的地基承载力加载安全系数与强度折减系数进行对比,发现折减系数与加载系数随荷载尺寸变化的趋势相同,但前者的数值偏小。

桥基隧道明挖施工多元信息集成智能方法与应用

针对大连地铁香工街车站明挖施工邻接桥桩的问题,构建施工远程信息自动化监测体系,进行静力水准仪、电子测斜仪、电子轴力计等传感器布置,获得施工过程多元信息。基于Visual C#.Net平台自主开发了集成智能分析系统,引入支持向量机和差异进化算法,建立三维力学参数反分析和时间序列预测方法。该软件系统包括数据操作、反馈分析、数据报警和可视化输出的模块。将该方法系统应用于大连地铁香工街车站施工过程,进行多元信息采集,利用实际监测的信息数据,调用系统差异进化算法进行第2层和第3层岩石弹性参数搜索,反馈计算值与监测值的最大相对误差为8.23%,进而简化了倒换撑方案。然后通过对QCJ-13-01桥墩监测数据的DE-SVM非线性时间序列预测和超前报警,及时采取隔离桩措施,有效地控制了桥桩变形。该方法系统集自动化远程监测硬件技术和计算智能分析功能于一体,为类似复杂地下工程信息化施工提供先进有效的途径。

用Object ARX开发露天采矿CAD系统

为了适应AutoCAD版本的不断更新 ,使露天采矿CAD系统能适用于新的平台 ,将ARX2 0 0 0与MFC相结合 ,在AutoCAD 2 0 0 0平台上重新开发该系统 ,所开发的露采CAD系统具有适应性强、高效、兼容性好等特点。本文就程序升级和开发的方案以及关键技术作了详述。