岩溶隧道突水灾害形成机理及发展趋势

岩溶隧道突水灾害具有"强突发、高水压、大流量、多类型"等显著特点,其灾变演化过程复杂、动力失稳规律尚不清楚.本文系统提出了不同类型突水灾害的发生条件、判据及安全厚度分析方法,剖析了近期研究进展及发展趋势.首先,给出了隧道突水灾害的概念、类型及构成三要素,从系统论角度分析了隧道突水的灾变过程;其次,总结了隧道突水灾害致灾机理、力学模型、失稳判据和最小安全厚度等方面的近期研究成果;最后,从构成三要素角度分析了隧道突水致灾机理方面的现状与问题,并提出了今后的发展趋势与方向,主要有:(1)灾害源固液气三相置换机制与释能模式,(2)突水通道多相物质迁移与流态演化规律,(3)隔水阻泥结构动力灾变演化机理,(4)突水通道破裂形成过程的模拟分析方法等.

应力-渗流耦合三轴渗透试验系统研制及其在充填介质渗透特性试验中的应用

为研究充填介质在赋存条件下的渗透、力学特性及其破坏机制,改进研制了大比尺三轴应力-渗流耦合试验系统,开发了三维应力-渗流耦合压力室,进行了完善的密封和加载系统设计。系统具备自动化轴压加载、围压渗压加载、涌水涌砂量采集和多元信息并行监测等功能,该套装置可针对大尺寸、不同规格岩溶管道和裂隙还原其在原始地应力状态下进行渗透性及相关力学试验研究。围压、渗压值可分别加到2 MPa和5 MPa,轴向荷载最大可加到300 kN。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统的应用,实现了水环境下试件内部渗压、应变的精确采集和分析。在试验系统的基础上,开展了赋存环境下充填介质渗透特性试验研究,分析了充填介质类型、渗流路径、管道断面形状及应力条件4种因素对渗透特性的影响及充填介质的响应特征,揭示了充填体稳定性和渗透性的变化规律。该装置解决了小水力梯度及赋存条件下的充填介质渗透特性和力学性质试验研究技术难题,具有重要意义。

岩石脆性临界破坏的声发射特征分析

根据岩石变形破坏过程中应力-应变和声发射事件数-应变曲线所表征的声发射信息特征,利用重整化群理论,研究了岩石破裂过程中声发射信息与加载过程的相关性.研究表明：声发射特征参数蕴含丰富的损伤渐进破坏前兆信息,岩石变形破坏前声发射特征参数在变形破坏阶段会有明显的＂相对平静期＂,特别是当应力水平达到70%~80%之后.声发射信息出现的＂相对平静期＂可以作为判识岩石破裂的参照信息;岩石破裂的视电阻率识别值和声发射特征识别值对应的应力水平相近,比波速特征识别值同步性好,敏感程度高.通过试验分析与理论研究,验证了将声发射特征信息用于表征岩石破裂前兆信息的准确性.

基于随机子空间法的结构模态参数自动识别方法

为解决随机子空间法在稳定点自动分析方面存在的抗噪能力不足问题,提出了一种新的自动化识别方法.首先,采用协方差驱动的随机子空间法,按照新的定义方式输出稳定点.其次,采用改进的OPTICS算法对稳定点进行清洗、聚类.然后,采用基于频率中值的自适应合并方法,对未完全合并的簇进行有效聚合,并以簇中值作为模态参数的代表值,实现完全无人工干预的自动化模态识别.最后,以Lysefjord悬索桥模型为例进行模态识别,验证该方法的可行性.结果表明:所提方法在实现自动化的同时,具有较高的精度,频率值最大误差仅为1.926%,且在各程度噪声干扰下都能以较高的成功率自动、准确地识别模态参数,相比于对照方法,其鲁棒性优势明显.

考虑异常监测数据影响的桥梁拉索振动频率识别方法研究

针对桥梁健康监测系统中包含大量异常监测数据的现象,提出考虑异常监测数据影响的桥梁拉索振动频率识别方法。首先,根据正常监测数据的功率谱密度函数的分布特征,确定拉索振动频率的近似频带区间,进而采用峰值拾取法自动化获取近似频带区间内的拉索振动频率初始识别值。其次,利用前三阶频率建立三维空间密度聚类模型,进而采用聚类模型检测并剔除频率初始识别值中的异常值。利用外滩大桥的拉索加速度监测数据对所提方法进行验证。分析不同类型异常监测数据对拉索频率识别值的影响,考察不同维密度聚类模型对频率异常识别值的检测准确率。研究结果表明:异常监测数据严重干扰了拉索振动频率的准确识别;三维空间密度聚类模型对拉索振动频率异常识别值的检测准确率达到了98%以上,且剔除异常识别值后的拉索频率与环境温度呈现合理的相关性。

中俄东线天然气管道剩磁焊接指标研究

长输管道在建设、改线或维抢修作业时,常会遇到管道对口处有磁偏吹现象,使得在焊接施工时,电弧发生偏离,导致焊接缺陷甚至无法焊接施工,严重影响工程进度及管道本质安全。分析了管道剩磁的产生机理和危害,梳理并对比了国内外对于管道焊接剩磁的指标要求,并通过试验验证了管道剩磁在中俄东线天然气管道焊接作业中的适用性。试验结果表明,对于高钢级管道磁场强度应当至少低于5 mT,才能满足焊接的要求进行施焊。试验结果对类似天然气管道焊接作业有较好的指导意义。

基于BP神经网络的溶洞规模预测及应用

复杂岩溶地区的溶洞发育规模受地质构造、地区岩性、地下水动力系统等多种因素的影响,具有高度复杂性和非线性的特征。通过对岩溶区溶洞的赋存规律研究,确定影响溶洞发育规模的控制因素进行定量处理,收集已探明溶洞的样本数据。为克服已有研究对溶洞发育规模定性描述的模糊性,文章利用BP(Back Propagation)神经网络对自组织、自适应特性对数据样本的非线性关系揭示的能力,实现对溶洞发育规模的预测,并基于MATLAB实现BP神经网络结构的设计、训练、预测,其结果表明:BP神经网络模型对溶洞规模预测的精度高、收敛性能好。

基于改进PSO-BP模型的电磁辐射法冲击地压预测

为及早预测煤矿冲击地压事故的倾向性,准确及时做出防冲措施,研究改进PSO-BP模型的电磁辐射法预测冲击地压倾向性,通过研究电磁辐射法预测煤矿冲击理论及原始PSO-BP模型的改进方法,将改进的PSO-BP模型应用于冲击地压评价,并在某矿1316工作面进行现场实践,准确预测出3起较大等级的冲击,事故预测准确率为100%。

注浆工艺在破碎顶板支护中的应用研究

在某矿7014工作面近距离煤层群开采造成下煤层顶板破碎的条件下,通过注浆工艺,改善巷道围岩的整体性及力学性能,提高了支护结构的可靠性,有效抑制了围岩的大变形,避免了冒顶、片帮事故的发生。

基于LSTM神经网络的桥梁损伤预警方法

为准确把握桥梁服役期内的健康状况,提高损伤评估效率,基于泗安塘大桥主桥某年多个测点的车致应变数据,建立了一种桥梁损伤预警方法。首先使用长短时记忆(LSTM)神经网络建立了车辆荷载作用下桥梁不同测点的多输入相关性模型,之后建立桥梁有限元模型模拟有损工况的桥梁状态,并提出损伤评估指标,最后根据损伤评估指标进行桥梁损伤预警。结果表明:采用LSTM神经网络建立的多输入相关性模型能够实现桥梁任意测点间车致响应的高精度预测;基于有限元模拟的车致应变提出的4个损伤评估指标能对假定的桥梁损伤进行明显识别;对泗安塘大桥主桥进行状态评估,4个损伤评估指标均稳定分布在一定的范围内,表明该桥近期没有增加新的损伤;建立了基于多测点的结构损伤评估指标体系,设定同时刻75%及以上的损伤评估指标超限时发出预警。

基于因素-时间变权模型的公路隧道群运营期安全性评价研究

公路隧道群运营期安全保障工程相较于单体隧道更为复杂,面临的大量不确定性和安全风险直接威胁着隧道安全运营。为了有效地对隧道群运营期安全性进行评价,从人、车、隧道、交通环境、管理5个要素构建运营安全评价因子集,结合变权理论开展动态评价研究,通过因素-时间变权方法的双动态权重计算模型以体现指标的时变特点,结合模糊综合评价模型进行等级评价,并以某高速隧道群开展评价工作。应用结果表明:因素-时间变权模型对于运营期的隧道群安全评价指标的权重控制具有极强的针对性,能很好地弥补常规评价方法中对隧道运营期安全因时变性的特点造成的评价结果失真的缺点;可见变权理论的利用为开展隧道群运营期安全风险的动态管控提供了重要的理论支撑。

锚杆支架组合支护在煤矿破碎顶板条件下的应用研究

煤矿深部开采受到原始地应力的影响,地质条件相对复杂,尤其是在工作面顶板破碎时,普通的锚杆锚索支护很难取得较好的效果。通过研究11309工作面锚杆、锚索配合金属支架的组合支护,为破碎顶板条件下巷道可靠支护提供借鉴。

高速公路泥灰岩高边坡开挖施工总体风险评估

高速公路建设和维护过程中,泥灰岩高边坡作为一种软岩边坡,其开挖施工面临着许多风险和挑战。以济潍高速公路K14+191.9~K14+950右侧高边坡为例,分析其开挖施工总体风险,以提供有效的风险管理策略和决策支持。首先,对该边坡进行了详细的调查和分析,阐述了总体风险评估指标体系法;然后,系统性地分析了研究项目的各类风险因素,计算了各指标权重系数,构建了路堑高边坡施工安全总体风险评估指标体系,确定其主要风险源为地层岩性、边坡高度和施工季节;然后,利用风险评价理论和方法,对这些风险因素进行了定性和定量计算分析,得出其总体风险等级为Ⅲ级;最后,提出了相应的建议措施,以确保施工安全和顺利推进工程。研究结论为工程施工提供了实用有效的结论和建议,为类似工程项目的风险评价与管理提供了有益的借鉴和参考。

复杂地质条件下隧道施工全过程风险管理技术及系统研发应用

济南东南二环高速项目沿线地质条件十分复杂,在建隧道共6座,其中浆水泉隧道长度超过3 000m,属于特长隧道。为应对工程规模大、工期短、安全环保要求高、地质条件复杂等特点,建设方在隧道施工全过程采取安全风险动态管控机制,实现了工程建设有序的推进,多级管理协同实施,安全风险全过程控制的目标。在此基础上研发的隧道施工全过程安全风险管理决策系统在工程中取得了实际性的应用,多功能模块有效地实现了隧道施工全过程的控制和施工风险的管理。

中俄东线天然气管道焊接消磁技术试验

长输管道在建设、改线或维抢修作业时,常会遇到管道对口处有磁偏吹现象,使得在焊接施工时,电弧发生偏离,导致焊接缺陷甚至无法焊接施工,严重影响了工程进度及管道的本质安全。中俄东线天然气管道工程采用1422 mm口径、X80钢级管道,以往所采用的消磁方法和消磁设备已无法满足其大口径、高钢级管道的消磁作业。通过分析管道剩磁的产生机理和影响因素,得到不同消磁方法对中俄东线管道的适用性。通过现场试验验证直流消磁法,分析直流消磁和直流焊机消磁的优缺点及工作参数,提出可行性建议。

基于PSO-SVM公路隧道水害危险性分级研究及应用

复杂工程水文地质条件下,为提高公路隧道施工和运营的整体安全性能,避免人员和财产损失,基于粒子群算法优化的支持向量机(PSO-SVM)判别理论,构建山岭公路隧道水害的危险性的分级评价模型。将隧道水害危险性分为4个等级作为SVM分类器的4个标签,依据"物质-构造-自然-人工"的事物发展逻辑,选取围岩岩性、岩体质量分级、构造断裂带类型、隧道围岩水系连通性、降水量、汇水面积、地下水高程差、防排水措施、爆破振动、隧道施工分级共10项指标作为SVM的判别指标。收集整理国内典型的20组公路隧道的指标数据作为模型的训练样本,将训练后的模型应用于济南二环高速公路项目上在建的6条隧道水害危险性分级中。研究结果表明:构建的PSO-SVM的分级模型准确率高,分级效果合理有效,及时提出了相应的公路隧道水害的预防和治理措施,有效地减少了隧道水害的发生,为类似隧道工程水害危险性分级提供参考和借鉴。

基于多态模糊贝叶斯网络的桩锚支护边坡失稳可能性评价

针对目前公路边坡失稳事故频发,安全评价问题日益突出,而传统的边坡可靠性分析方法大多不能同时处理具有模糊性和多态性的系统可靠性分析问题,提出了一种基于多态模糊贝叶斯网络的桩锚支护边坡失稳可能性评价方法。该方法利用三角模糊子集描述根节点先验概率,用[0,1]模糊数描述节点故障状态,克服了传统贝叶斯网络过度依赖精确概率以及不能考虑节点中间故障状态的问题;依托某公路9级边坡,构建了桩锚支护边坡失稳多态模糊贝叶斯网络,并进行了失稳可能性评价。结果表明:多态模糊贝叶斯网络能够准确评价桩锚支护公路边坡不同失稳状态发生的可能性,且比传统贝叶斯网络更加贴合工程实际;针对根节点的模糊重要度分析结果可用于指导边坡失稳风险控制工作;实例边坡出现"严重"失稳事故的可能性较大,根节点"混凝土锚墩破坏"和"承压板或夹片破坏"对其失稳的影响最为显著。

灯，这一夜

我是街灯,一盏普普通通的街灯。时间万物,在我的"灯眼"下被照得淋漓尽致。不信,请看——这一夜。镜头一:九点过了一刻钟了,旁边学校的喧闹把我从美梦中惊醒。"孩子们放学了,打开灯,让孩子们安全回家吧。"我正想着,一位老大爷拄着拐杖蹒跚走来。"我开亮点,给大爷照路。"喧闹声由近而远地传来,好快,是一大群骑车的学生。一转眼,老大爷被跌倒在地,学生扬长而去。我愤怒的瞪亮灯眼,想让过路人把大爷送去医院。一辆辆汽车视而不见,疾驰而去……好久,120的车鸣声才光顾。我闭上眼睛,失望着……

桩锚支护边坡失稳风险评价的改进故障树分析方法及应用

针对目前公路边坡运营期安全评价问题突出,而传统的风险分析方法存在定量化水平不足、应用复杂的问题,提出了一种基于改进故障树分析和等风险图法的桩锚支护边坡失稳风险评价方法。该方法基于底事件实际故障程度利用T-S模糊故障树分析计算桩锚支护边坡失稳可能性,克服了传统故障树分析底事件概率获取困难、事件关系具有模糊性和未考虑事件中间故障程度的问题,降低了故障树分析的应用难度,扩展了其功能。同时,将等风险图引入桩锚支护边坡失稳风险评价中,用风险损失效用值量化损失,用风险系数定量评价边坡失稳风险量,有效提高了桩锚支护边坡失稳风险评价的定量化水平。实例分析表明:该方法比传统故障树分析更加方便、实用,能准确、定量地评价桩锚支护边坡失稳风险,评价结果与现场实际情况和监测数据吻合良好。

基于太阳能-热管的循环流体加热桥面融雪系统试验研究

为准确分析基于太阳能-热管的循环热流体桥面融雪系统的工作性能,综合考虑桥面结构、热管埋深、集热器类型等因素,建立了以太阳能集热器为热源的循环热流体加热热管融化桥面积雪的足尺试验系统。基于前期监测数据,对系统融雪性能、集热效率进行了分析。研究结果表明:(1)系统对桥面升温效果明显,在桥面无预热且桥面供热温度为15℃~20℃条件下,最大可提高桥面温度7℃,且系统在5h内以先慢后快的速度融化了5cm厚的积雪;(2)较浅的热管埋深更加有利于融雪,融雪过程中浅埋段、中埋段和深埋段的平衡温度分别为2℃、1.5℃和0.6℃;(3)热管热量向下部水泥混凝土传递比上部沥青混凝土更多,距离热管相同距离的水泥混凝土和沥青混凝土温度相差3℃(5cm)和6℃(10cm);(4)融雪过程中热管管身温度并不一致,两端较中间温度高1.0~1.5℃,同时管排串管温度较热管高约5℃~6℃;(5)冬季晴朗天气光照下,系统平均集热功率为2.2kW,阴雨天气平均热损功率为0.33kW,真空管集热器较平板型集热器效率更高,两者集热效率之比约为1∶0.58。