基于贝叶斯网络的公路隧道服役状况诊断方法研究

隧道结构的服役状况评价结果直接影响隧道养护决策,为客观合理反映运营隧道衬砌的服役状况,基于已有研究成果和专家知识,运用层次分析法建立了由目标层、一级指标层和二级指标层构成的隧道结构服役状况评价指标体系,确定了隧道衬砌服役状况的4个评价等级。在此基础上,采用贝叶斯网络结构学习TAN方法并结合专家经验知识,建立了隧道衬砌服役状况评价的贝叶斯网络模型,并结合某隧道工程实例验证了该方法的有效性。结果表明,基于贝叶斯网络的评价模型能较好地反映隧道衬砌结构的服役状况。利用贝叶斯网络进行推理分析,能考虑评价指标之间的交互性,使得诊断结果更符合客观实际。

基坑开挖对既有公路隧道的影响分析和保护措施

昆明轨道交通某地铁车站基坑开挖上跨某高速公路隧道,基坑坑底距隧道拱顶的最小距离为8.0 m,基坑南侧为高陡边坡,环境复杂,施工风险大。为研究基坑开挖对下卧大跨公路隧道结构的影响,提出了考虑土中残余应力和基坑支护结构影响的附加应力计算方法,建立了隧道隆起变形分析的解析计算模型和三维数值模拟验证模型,分别计算了无隧道保护措施、采取地层加固、同时采取地层加固和抗拔桩3种不同工况,研究不同保护措施下隧道附加变形和附加内力的大小、分布形态及其变形控制效果,并与实测结果进行了对比分析。结果表明:隧道附加变形的解析解和数值模拟结果接近,且与实测值吻合较好。基坑开挖对下方公路隧道的影响大,导致隧道出现不均匀纵向隆起变形并明显改变隧道结构受力大小和分布形态,影响范围约4~5倍基坑开挖宽度。注浆加固措施对控制隧道隆起变形和附加内力的效果明显,而设置抗拔桩的效果稍弱。隧道保护措施的改变对隧道结构内力分布形态的影响小。

考虑空洞影响的盾构隧道地震易损性分析

管片背后存在空洞是盾构隧道一种常见的病害现象,它不仅影响土层和管片的静力学行为,还会影响隧道的动力响应,加剧隧道地震破坏。现有的相关研究均采用确定性分析方法,缺少从概率角度的定量评价。以某轨道交通区间盾构隧道为例,考虑空洞位置和尺寸、场地条件以及地震波入射方向等因素,采用动力增量法,开展了基于土层-隧道-空洞相互作用的大量非线性动力时程分析。结合隧道地震易损性理论,研究存在空洞病害的盾构隧道地震易损性。结果表明:空洞尺寸、场地条件和地震动入射方向对隧道地震易损性有重要影响。随着空洞尺寸的增加,空洞及临近区域土体塑性变形成倍增大,管片截面偏心程度增加,承载性能减弱,受影响范围为空洞尺寸的3~5倍。管片背后空洞增大了隧道结构的易损性,空洞越大,易损性增幅越明显。空洞对结构易损性的影响因空洞部位不同而异,在较大尺寸空洞时,影响程度由大到小依次为:边墙、拱肩和拱顶空洞。场地条件越差,会增大隧道的易损性,空洞对易损性的影响也越大。横向和垂向地震动入射方向下,隧道易损性均随空洞尺寸的增加呈非线性增大,虽然垂向地震动下的损伤概率小于横向地震动,但增幅明显更大,受空洞尺寸的影响更为敏感。值得注意的是,针对3种空洞部位和两种地震动入射方向,较大的空洞尺寸都将显著影响结构的抗震性能。

基于云模型的山岭隧道衬砌服役状况评价方法研究

采用层次分析方法,构建涵盖目标层、准则层、子准则层的衬砌结构服役状况3层级评价指标体系。依据衬砌病损安全性影响的研究成果和云模型理论,将定性指标进行等级划分并赋值,实现定性指标的定量化。运用云逆向发生器原理生成指标云模型,进一步采用改进EW-AHP综合赋权方法确定指标权重,从指标层到目标层逐层计算各层级云模型,由此得到基于云模型的运营公路隧道衬砌结构服役状态评价方法。结合云南山区某国省干线公路隧道质量检测数据,验证云模型评价方法的有效性和合理性,该评价方法能反映指标的随机性和模糊性特征,评价结果直观形象。

考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性分析

隧道服役环境往往较为复杂,在服役过程中容易遭受各种侵蚀作用而导致材料性能退化,直接影响隧道结构的抗震性能。为研究衬砌劣化对隧道抗震性能的影响,基于混凝土强度经时模型和钢筋锈蚀参数的统计特征,确定混凝土及钢筋材料性能的退化规律,建立衬砌时变承载力方程。结合地震易损性分析方法,提出考虑衬砌劣化的山岭隧道地震易损性评估流程。以西部强震区典型深埋山岭隧道为例,采用增量动力分析方法开展一系列二维动力时程计算,基于Python语言编程,实现地震响应结果数据的自动提取和基于地震响应全过程结构最大损伤指数(DImax)的搜索计算。在此基础上,建立考虑混凝土劣化、钢筋腐蚀以及两者共同作用条件下,不同服役年限隧道的地震易损性曲线。结果表明:衬砌的易损性随服役时间的增加呈两阶段非线性增大,服役前期(0~50 a)增加缓慢,服役后期(50~100 a)增速加快。说明服役时间越长,衬砌劣化对隧道地震易损性的影响越大。在评价既有隧道抗震性能时,需考虑长期材料性能劣化的影响。此外,不同围岩级别下隧道易损性曲线随服役时间的变化规律相似,围岩级别和衬砌劣化一样,均对隧道地震易损性有重要影响,具体表现为衬砌的损伤概率随围岩变差而增大。所得结论可为运营隧道易损性分析和风险评估提供参考。

考虑开挖应力路径的浅埋偏压隧道施工顺序探讨

针对当前浅埋偏压小净距隧道开挖顺序确定时存在的认识差异,以某浅埋偏压土质隧道为例,选取三种土体本构模型,结合隧道开挖应力路径的表示方法,开展三种开挖工法下隧道施工过程中的应力路径及安全系数分析,研究考虑应力路径的浅埋偏压小净距隧道合理开挖顺序问题.结果表明:本构模型、开挖工法和开挖顺序会影响隧道围岩应力变化过程.施工过程模拟时宜采用能合理反映应力路径影响的本构模型.随着开挖工法措施的增强,围岩经历更为复杂的应力路径变化过程.基于文中设定的偏压和埋深条件,对比隧道特征部位围岩安全系数、变形和塑性区分布,得出三种工法下采用"先深后浅"开挖顺序较优的结论.