地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的大型模型试验研究

为研究地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的发生机理,研制水渗流作用下隧道大型模型试验系统,以青岛黄岛区地铁涌水涌砂灾害为例,再现了地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷的灾害演化发生过程,进一步揭示涌水涌砂诱发地面塌陷的发生机理,在此基础上基于椭圆理论建立涌水涌砂过程中地面最大沉降值的理论预测公式。研究结果表明,地表变形与涌水涌砂具有良好的相关性和滞后性。在涌水涌砂诱发地面沉降过程中,地表变形将经历缓慢变形、急剧变形、地面坍塌3个阶段。地表缓慢变形阶段,灾害影响范围内地表位移缓慢增加,土体土压力及黏土层内测点渗压基本保持不变,而涌水点附近渗压在动水压力作用下逐渐升高。地表急剧变形阶段,土压力和地表位移急剧增加,涌水点附近渗压呈断崖式衰减,而黏土层内测点渗压快速增加,均具有显著的土体塌陷前兆信息,也反映土体塌陷灾害的瞬时特征。地面塌陷阶段,地表变形、土体土压力、涌水点附近渗压基本保持不变。地铁隧道涌水涌砂诱发地面塌陷模型试验研究结果对类似工程防治具有一定的指导意义。

基于正态云模型的深埋地下工程岩爆烈度分级预测研究

岩爆是深埋地下工程开挖建设过程中常见的工程地质灾害,对其发生的可能性及其烈度分级预测一直是岩石地下工程的世界性难题。针对岩爆烈度评估过程中存在的模糊性和随机性问题,建立了基于德尔菲法和正态云的综合评判模型。在系统分析影响岩爆发生的相关因素的基础上,选取岩石单轴抗压强度与抗拉强度比σc/σt、切向应力与岩石单轴抗压强度比σθ/σc、岩石脆性指数Is和弹性变形能指数Wet构建评价指标体系,通过德尔菲科学方法确定其权重系数。基于云模型理论计算各评价因子隶属于岩爆级别的云数字特征,生成正态云滴,实现了岩爆烈度与评价指标值之间的不确定映射,保留了评估过程中的随机性。最后,利用国内外典型岩爆工程实例对所建模型进行检验,其判别结果与实际岩爆等级相符,且准确率高于功效系数法和集对分析理论,表明采用云模型对岩爆烈度进行预测是可行的、有效的。该模型具有较高的准确性和可靠性,能满足工程应用需要,在深埋地下工程岩爆预测中具有良好的工程应用前景。

基于功效系数法的岩爆烈度分级预测研究

岩爆是高地应力区岩质隧道施工过程中经常发生的工程地质灾害,对其发生的可能性及其烈度分级预测一直是隧道工程世界性难题之一。基于功效系数法的基本原理,在综合考虑岩爆的关键影响因素基础上,选取σθ/σc、σc/σt、Wet和Is作为评价因子,建立了一种新的岩爆烈度分级预测模型。利用国内外典型岩爆工程实例对所建模型进行检验,判别结果与实际岩爆等级相符,且与集对分析法和可拓方法判别结果基本一致,表明运用功效系数法对岩爆烈度进行预测是合理的、可行的。再运用功效系数法对苍岭隧道岩爆危险性进行判别,预测结果与实际情况一致,说明基于功效系数原理的岩爆预测新方法具有较高的准确性和可靠性,且简单、易懂、可操作性强,具有良好的工程应用前景。

基于熵权-理想点法的岩爆烈度预测模型及其应用

基于理想点法的基本原理,在综合考虑岩爆主要影响因素的基础上,选取围岩最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压与抗拉强度的比值和岩石弹性能量指数作为评判指标,通过信息熵理论确定各指标的权重系数,建立岩爆发生和烈度分级预测模型。最后,将其应用于苍岭隧道的岩爆等级判别中。研究表明,预测结果与实际岩爆情况相吻合,运用熵权-理想点法进行岩爆烈度分级预测是可行的。

爆破荷载作用下隧道裂隙围岩塌方规律研究

为研究爆破荷载作用下隧道裂隙围岩的塌方规律,以连云港北固山隧道为工程背景,借助UEDC离散元数值模拟软件,模拟隧道钻爆法施工时裂隙围岩塌方运动全过程,揭示塌方过程中位移、速度、加速度等的变化规律,并深入探究不同节理分布时隧道塌方运动和破坏形态演变过程,为类似隧道工程建设提供借鉴。结果表明:爆破荷载作用下隧道裂隙围岩位移先小幅上升后下降;不同倾角节理分布时隧道塌方运动主要是形变和滑移;45°节理与另一不同倾角的节理组合时,隧道塌方运动主要表现为形变、开裂和塌落。

基于特尔菲–理想点法的隧道围岩分类研究

基于理想点法的基本原理,选取岩石单轴饱和抗压强度Rc、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf、地下水渗水量ω作为评价指标,通过特尔菲科学方法确定其权重系数,建立隧道围岩分类模型,并利用广州抽水蓄能电站第1期工程围岩实测资料进行模型检验。结果表明:特尔菲–理想点法判别结果与实际围岩类别大致相同,且和人工神经网络判别结果、突变级数法判别结果基本符合,从而验证了特尔菲–理想点法用于围岩分类是可行的。最后,运用建立的特尔菲–理想点法围岩分类模型对浙江省诸永高速公路西华岭隧道围岩类别进行判别,经计算分析发现,所选洞段围岩判定结果与设计围岩类别相吻合,进一步证明了该方法用于隧道围岩分类的合理性和有效性。这一方法在西华岭隧道中的成功应用,不仅可以为该隧道设计、施工提供参考,同时对以后同类隧道工程围岩分类有一定的参考价值。

隧道出洞口松散围岩塌方时空预测研究

塌方是山岭隧道出洞口经常发生的一类工程地质灾害,对其发生部位和时间预测一直是隧道工程技术难题之一。从应力传递概念出发,推导出隧道出洞口松散围岩失稳判据,得出塌方发生时进入松散围岩段的临界距离,可以对开挖过程中塌方发生可能性及其空间位置进行预测;并结合灰色理论和协同学理论,基于实测拱顶下沉数据,建立塌方时间预报的灰色-协同理论模型。然后,通过马鞍山隧道塌方事故对所推导的塌方位置判据和塌方时间预测模型进行有效验证,结果表明:计算出塌方的空间位置和发生时间与实际情况相吻合,说明推导的塌方空间位置判据和建立的隧道塌方时间的灰色–协同预测模型是合理可行的,且具有较高的预测精度和可靠性,可为其它隧道出洞口塌方预测提供参考和借鉴。

降雨作用下浅埋隧道松散围岩塌方机制

为揭示降雨作用下浅埋隧道松散围岩塌方机制,基于突变理论,建立浅埋隧道塌方的尖点突变模型.考虑不同本构关系的隧道围岩组合,分别推导双层应变软化介质、单层应变硬化介质及应变软化介质组合的围岩失稳力学判据,分析诱发塌方的主要影响因素,揭示雨水入渗作用下浅埋隧道塌方机理.以马鞍山隧道为工程案例,运用地表沉降监测数据进行浅埋隧道塌方突变预测.研究表明,浅埋隧道塌方力学判据可有效用于塌方机制分析,用地表沉降数据预测浅埋隧道松散围岩塌方更为合理和符合实际.

功效系数法在隧道围岩失稳风险预警中的应用

为了对隧道围岩危险性做出准确判断,以便于现场及时采取相应工程措施,预防围岩失稳灾害的发生,将功效系数法应用于隧道围岩的稳定性评价中,对围岩失稳风险进行预警。选取岩石的单轴饱和抗压强度Rc、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf、地下水作用指标、洞轴线与主要结构面的夹角θ作为评价指标,采用专家评估法确定各指标的权重系数,建立隧道围岩失稳风险预警模型。根据总功效系数的大小,将围岩失稳险情划分为巨警、重警、中警、轻警和无警5个警限。然后,运用所建预警模型对浙江省诸永高速公路西华岭隧道围岩危险性进行判断。研究结果表明:运用功效系数法对围岩危险性进行警情预测,比较符合实际,且简单易行,不失为隧道围岩稳定性评价和失稳风险预警的一种新方法,具有较高的工程应用价值。

公路隧道围岩分级的集对分析模型

针对隧道围岩分级问题的复杂性,基于集对分析理论,选取岩石单轴抗压强度Rc、岩体完整性指数Kv、洞轴线与主要结构面的夹角θ、结构面状况Ss和地下水流量W 5个因子建立隧道围岩分级的评价指标体系,将围岩分级的各个评价指标与评价标准构筑成一个集对,建立隧道围岩分级的集对分析模型,并引用围岩实测样本数据进行模型检验,运用集对分析法以实际的围岩为例进行级别判别.研究表明:集对分析法判断结果与实际围岩级别相符,由此证明该方法用于隧道围岩判别是可行的,具有较高的准确度.集对分析法原理简单、算法简捷、可操作性强,可作为一种有效的围岩分级方法.

隧道塌方段施工方案优化及效果评价

对于隧道塌方地段,选取合适的施工方案是关键问题。结合乌竹岭隧道塌方工程实际条件,采用非线性有限元方法对两种施工方案进行模拟分析。计算结果表明,双侧壁导坑施工方案相对于上弧形导坑施工方案,能够更好地控制围岩位移、改善其受力状况、减小初期支护受力,且围岩破坏区范围较小,可见双侧壁导坑施工方案更适合于隧道塌方段的施工。通过现场监控量测分析,隧道断面净空收敛变形和拱顶下沉稳定速度较快,最终变形值较小,隧道主体稳固,没有任何变形,说明所选处治方案对抑制隧道塌方段效果良好。

深埋地下工程岩爆烈度分级预测的RS-功效系数模型

岩爆是深埋地下工程施工过程中常见的动力破坏现象,易造成重大经济损失和人员伤亡,对其进行有效预测预报一直是地下工程界迫切需要解决的难题。在系统分析影响岩爆发生的相关因素的基础上,选取切向应力与岩石单轴抗压强度比??/?c、岩石单轴抗压强度与抗拉强度比?c/?t、弹性变形能指数Wet和岩石脆性指数Is建立评价指标体系,并基于粗糙集理论,将各指标的权重问题转换为由现场实测数据来求解各指标属性重要性问题。然后,基于社会经济学中广泛应用的功效系数法,针对各指标对岩爆的影响特征,构建其功效函数,最终建立岩爆烈度分级预测的RS-功效系数模型,对岩爆发生可能性及其烈度进行预测预报。运用所建模型对国内外一些典型地下工程岩爆实例进行分析计算,并与集对分析模型、物元可拓模型评判结果对比分析。研究表明:RS-功效系数模型评价结果可靠、精度较高且现场可操作性强,具有良好的工程应用前景。

复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律研究

为了分析隧道复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律,利用有限元程序ANSYS建立计算模型,采用广义开尔文本构关系,分别分析了二次衬砌在不同支护时机和不同刚度下,复合式衬砌的受力规律。分析结果表明:在不同的时机施加二衬,其受力都有一个逐步增大并趋于稳定的过程,初支与二衬受力随二衬支护时机的变化趋势是相反的;二衬支护越早,其受力越大。通过早施作二衬,来转移初支上的应力是不合适的。当二衬刚度增加时,其所分担的围岩压力将增大,而初支分担的围岩压力有一定的减小。结合云腾岭隧道进行具体分析,得出该隧道二次衬砌的最佳支护时间为开挖后第40天。另外,通过对该隧道现场监控量测分析发现,二衬的受力—历时曲线与有限元分析相吻合。

深埋圆形隧道的压力拱研究

针对压力拱存在概念不明确的问题,阐述了隧道中压力拱的概念,指出压力拱是一条受压的曲线,隧道开挖后会形成一次开挖压力拱,当围岩出现拉应力时会导致二次开挖压力拱出现。然后,在现有深埋圆形隧道解析解基础上,将地应力分为静水压力、双向常应力、与深度成正比三种情况进行压力拱分析。研究结果表明:对于地应力为静水压力情况,一次压力拱和隧道的轮廓线重合;对于地应力为双向常应力情况,一次压力拱和水平与竖向应力比有关,还和受拉判断标准有关,当竖向应力是水平应力的3倍以上时,拱顶将产生拉应力,且压力拱和隧道轮廓线间的受拉体随其值的增大而增大;对于地应力与深度成正比情况,一次压力拱的特性和地应力为双向常应力情况类似,隧道顶部受拉时的水平地应力与竖向地应力比值要小于0.2。从工程安全角度考虑,压力拱宜以最小主应力受拉为判断标准。

浅埋隧道岩土体参数正交反演及衬砌工作状态评价

基于现场监控量测数据、正交设计理论、有限元理论和钢筋混凝土结构相关理论,提出合理评价隧道衬砌工作状态的新思路。即以拱顶下沉和洞周收敛监测数据为依据,选取典型围岩物理力学参数,设计正交试验方案,采用有限元正交反演分析,得到岩土体计算参数;在此基础上通过有限元正分析,计算隧道衬砌内力,综合确定最危险截面;再根据钢筋混凝土结构理论计算衬砌的设计内力,提出采用衬砌结构安全度来评价隧道衬砌的安全状态,并将其工作状态分为安全、极限和危险3个状态。最后,以马鞍山隧道工程为例,对其衬砌结构的工作状态进行评价,得到其安全度为1.124,基本处于安全可靠状态,可为相关隧道的设计和施工提供借鉴和参考。

基于层次分析法的隧道塌方影响因素的定量评估研究

塌方是山岭隧道建设过程中出现概率最高的工程地质灾害,其发生机制复杂、影响因素众多。为了定量反映各因素对塌方的影响,首先通过统计分析,得到塌方的主要影响因素;然后,引入层次分析法,建立塌方影响因素层次结构模型,构造层次判别矩阵,对塌方的影响因素进行分析与权重计算。研究表明:基于层次分析法所构建的模型通过了一致性检验,其分析结果可信。在众多影响因素中,围岩自身属性(包括岩石强度和岩体结构类型)和地下水对塌方的影响最大,它们的权重之和为0.6565,占总权重的65.65%。施工中应注意采用适当的工程措施提高围岩的强度,并注意加强对地下水的处理,预防塌方灾害的发生。

基于轻量级神经网络的暴力视频分类方法研究

随着视频类自媒体平台的迅速发展,视频内容的安全性审核需求急速增加。为提高视频内容审核的便捷性和准确性,提出结合轻量级神经网络和长短时记忆网络的暴力视频分类方法。借助轻量级神经网络提取视频帧的视觉特征,使用长短时记忆网络对视频帧之间的时序特征将进行提取,引入时空注意力机制提高视频分类准确率。实验结果表明,所提出的方法不仅在模型上表现出轻量性,而且还能提高视频分类的准确性。

岩石力学课程的现状与案例教改思路探讨

岩石力学是土木工程专业本科生的专业主干课程,理论性强且教学内容丰富而繁杂。通过分析岩石力学教学的现状及课程特点,指出课堂教学中存在的问题,提出进行案例教学改革的必要性和紧迫性。文章探讨了岩石力学案例教改思路,包括工程案例素材的搜集、案例教学的设计及案例教学实施等。研究成果对岩石力学课程的教学改革具有指导与借鉴意义。

隧道中不稳定块体的预测模型

为了预测隧道建设中不稳定块体的位置,分析了隧道中几种主要形式的节理面,建立4种常见节理面计算模型,按照不利节理组合,预测出不稳定块体的出露位置,提出准危险块体的概念,并运用块体极限平衡理论对准危险块体进行受力分析,总结出在洞顶和侧壁容易形成的潜在掉块节理和节理组合,从工程的角度建立了一套确定不稳定块体的方法。

山岭隧道塌方机制及防灾方法

山岭隧道建设过程中,塌方灾害频繁发生,造成重大经济损失和人员伤亡。随着我国经济的快速发展和高速公路的大力建设,投入到塌方治理的费用呈逐年增加趋势。开展隧道塌方机制和防灾方法研究具有重大现实意义。采用数值模拟和理论分析为主要研究手段,结合现场调查和监控量测,研究山岭隧道塌方机制和预防措施,以期获得有效的预测方法。运用层次分析法,研究塌方影响因素的敏感性;开展隧道塌方范围内压力拱理论研究,分析不同应力场下潜在塌方范围;探索新的围岩分级方法,建立有效的围岩失稳风险预警模型;研究断层破碎带对围岩稳定性的影响及塌方处治方案的优化思路,得出山岭隧道复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律;揭示山岭隧道出洞口塌方机制,并提出相应处治措施;同时,基于突变理论,分析降雨对浅埋隧道塌方的影响,研究隧道出洞口段衬砌结构安全性的评价方法,探索隧道出洞口塌方的时空预测方法。取得以下主要成果和认识:(1)分析塌方的主要影响因素,指出围岩自身属性及地下水对塌方的影响最大,并按塌方发生部位对塌方灾害进行系统分类。(2)通过压力拱理论研究,计算出不同应力场下的压力拱线。指出不同地应力模式下,隧道压力拱存在差异,压力拱和判断标准关系密切,从工程安全角度出发,宜以最小主应力受拉为判断标准。(3)基于特尔菲–理想点法和集对分析理论,建立新的围岩分级模型,为隧道塌方风险评价提供依据。将功效系数法应用于隧道围岩稳定性评价中,建立切实可行的围岩危险性预警模型。(4)提出断层破碎带地区隧道塌方段施工方案优化思路。基于黏弹性有限元理论,分析复合式衬砌结构在围岩蠕变过程中的受力规律,确定断层破碎带围岩流变特性明显洞段隧道衬砌设计和施工的合理方案。(5)指出隧道出洞口塌方破坏为掌子面失稳和洞顶松散介质垮落共同作用所致,以及出洞口应采用初期支护紧跟和超前支护。建立降雨作用下浅埋隧道塌方的尖点突变模型,推导出围岩为不同岩土介质组合时的松散围岩失稳判据。提出隧道出洞口段衬砌工作状态的合理评价方法。(6)建立隧道出洞口塌方的时空预测模型。基于应力传递思想,推导出隧道出洞口松散围岩失稳判据,得到塌方发生时进入松散围岩段的临界距离。结合灰色理论和协同理论,预测塌方发生的时间。通过实际工程案例证明所建时空预测模型具有较高的预测精度。