钢纤维喷射混凝土结构安全性分析方法

钢纤维喷射混凝土作为隧道喷射混凝土支护的新型材料,具有更优的抗拉、抗裂性能和耐久性,为了研究其用于隧道支护对承载力的影响以及开裂情况,建立了钢纤维喷射混凝土结构安全性分析方法。该分析方法根据钢纤维喷射混凝土构件尺寸,检测在荷载作用下钢纤维喷射混凝土构件是否发生开裂,若未开裂则构件尺寸合理,若开裂则需计算出实际裂缝宽度判别是否满足安全规范要求。根据分析流程对Ⅲ级围岩钢纤维喷射混凝土Ⅰ型和Ⅱ型、Ⅳ级围岩钢纤维喷射混凝土三种支护类型进行工程验证,结果表明:同一级围岩,钢纤维喷射混凝土越厚,越不易开裂,安全性越高;不同级围岩,围岩荷载越大,同一厚度的钢纤维喷射混凝土越易开裂且开裂后裂缝宽度越大;理论计算结果与现场试验结果基本吻合,验证了钢纤维喷射混凝土结构安全性分析方法的实用性和有效性。

岩爆隧道冲击荷载作用特征及其计算方法

隧道中的硬脆围岩在高地应力情况下易发生岩爆,而目前国内针对岩爆隧道的支护结构设计主要采用工程类比法.为了量化作用在支护结构上的岩爆冲击荷载,从能量角度分析岩爆过程中的能量转化关系,利用动能定理及能量守恒原理计算冲击荷载,并结合隧道松散压力提出隧道发生岩爆时的荷载计算方法,同时探明洞径等不同因素对岩爆作用范围的影响规律;结合某高地应力隧道岩爆段对其合理性进行验证.研究结果表明:岩爆冲击荷载计算公式中,动荷因数与隧道支护所采用结构刚度正相关;在相同跨度与地应力条件下,圆形隧道的岩爆深度小于马蹄形隧道,岩爆横向范围大于马蹄形隧道;在相同洞形和地应力条件下,随着隧道跨度越大,岩爆深度与横向范围越大;在相同洞形和跨度条件下,地应力值越高,岩爆深度与横向范围越大;单线隧道Ⅱ级围岩岩爆荷载为12.02~337.75 kPa,单线隧道Ⅲ级围岩岩爆荷载为25.36~352.12 kPa,双线隧道Ⅱ级围岩岩爆荷载为8.54~288.55 kPa,双线隧道Ⅲ级围岩岩爆荷载为33.11~300.83 kPa.

基于机器学习的隧道围岩岩性智能识别方法

为实现智能高效且可靠的隧道围岩岩性识别分类,采用k近邻、支持向量机、随机森林和梯度提升树4种机器学习算法,对砂岩、灰岩、花岗岩和片麻岩进行岩性识别研究。采用铜川隧道掌子面围岩及网络岩石图像进行测试,通过提取岩石图像H、S、V均值,构建岩性识别特征空间,结合机器学习算法原理,建立特征空间与岩石类别间的映射关系,以识别准确率和运行时间为评价指标,对比分析4种算法的识别效果。结果表明:k近邻、随机森林和梯度提升树均具有较高的识别准确率,综合考虑算法精度与算法效率,建议将k近邻算法作为优选算法。

软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究

保证掌子面的稳定是实现软弱围岩隧道机械化全断面施工的前提,合理的超前支护措施及参数是控制掌子面稳定性的有力手段。针对目前隧道超前支护设计方法不完善且多依赖于工程经验的现状,提出隧道超前支护体系定量化设计方法。基于经典楔形体模型,推导了考虑四种常用超前支护措施(掌子面喷混凝土、超前管棚、掌子面锚杆、掌子面预注浆)时掌子面稳定系数K的计算公式,提出了掌子面喷混凝土支护力P1、掌子面锚杆支护力P2、管棚支护下围岩压力折减系数α1、掌子面预注浆加固后围岩黏聚力增大系数α2的计算方法,制定了隧道超前支护体系设计流程,并以郑万高速铁路荣家湾隧道为背景验证了该计算方法的合理性。研究成果可以为软弱围岩隧道超前支护体系设计、优化提供理论支撑。

大断面隧道机械化施工支护结构设计方法——以郑万高铁湖北段隧道为例

为了建立适用于大断面隧道机械化施工技术的支护结构设计方法,基于极限平衡法推导了考虑3种超前支护措施(超前管棚、掌子面锚杆和掌子面预注浆)的三维掌子面稳定系数计算公式;基于大量的深埋隧道形变压力现场实测数据,通过多元非线性回归分析方法,拟合推导了基于BQ系统的整体形变压力计算公式及局部形变压力计算公式,并建立了对应的洞身支护结构设计模型。根据提出的支护结构设计方法,给出了郑万高铁隧道掌子面超前支护参数及初期支护参数,通过工程应用,证明了该参数的合理性及本文设计方法的实用性。

TBM隧道管片-豆砾石组合支护特性研究

在满足一定假设的条件下,利用厚壁圆筒弹性应变理论推导了管片-豆砾石组合支护刚度公式,为收敛约束法应用于护盾式TBM管片结构设计提供了理论基础。为了深入研究豆砾石填充层在组合支护中发挥的力学作用,文章定义了豆砾石填充层的应力分担比U_P、变形比U_u和组合支护刚度折减系数K这三个分析指标。通过工程实例及参数分析表明:(1)注浆后的豆砾石填充层不能有效地分担围岩压力,也不能有效地吸收变形,其主要功能是在管片与围岩之间传递围岩压力、传递变形;(2)填充层弹性模量存在一临界弹性模量,能使组合支护刚度性质产生突变;而填充层厚度的增加则具有对组合支护刚度性质进行强化的作用。

郑万高铁大断面岩质隧道掌子面稳定性评价及控制措施

为建立施工阶段大断面隧道掌子面稳定性评价方法,结合郑万高铁大型机械化特点,对郑万高铁湖北段隧道掌子面地质信息进行统计分析,将掌子面稳定性分为A整体稳定、B局部掉块、C上半断面不稳定和D全断面不稳定4个级别,并建立以岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水状态3个指标的掌子面稳定性定性分级方法,得出围岩级别与掌子面稳定性的对应关系。研究结果表明:1)岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水状态是围岩分级指标中使用率最高的3个指标;2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩的掌子面稳定性为A级。

隧道位移测量实验平台设计与开发

隧道位移测量是西南交通大学重点实验室的一个国家级子课题。利用图像测量技术设计开发出用于隧道位移测量的实验平台,主要包括图像采集、图像处理和图像分析3大模块。相较于传统人工位移量测方法,此实验平台除了提供友好的人机交互界面外,还具有成本低、精度高、实用价值高等特点。该实验平台还广泛用于“地下工程”等相关课程的实验教学,效果令人满意。

级配不良卵石深基坑地表及支护变形规律研究

以洛阳市地铁1号线卵石深基坑为工程原型,采用颗粒离散元软件PFC^(2D),建立级配不良卵石层深基坑支护结构数值分析模型,分析地表沉降和支护结构变形规律。研究结果表明:围护结构插入比对地表沉降的影响存在3个发展阶段,适用于级配不良中密卵石基坑的插入比范围为0.38～0.58。根据对变形规律的分析,得到内撑在控制围护结构侧向位移和地表变形中作用效果不同的结论。通过理论与实测数据对比,论证级配不良中密卵石地层基坑内支撑设计和插入比选择的可靠性。研究成果可为类似卵石地层中地铁深基坑施工提供参考。

连续变形场下的窄基坑抗隆起失稳上限解

以往对基坑抗隆起失稳的上限分析中,通常将土体分割成多个刚体快,忽略刚体快内部的剪切变形,且未考虑基坑的尺寸效应,因此难以反映基坑实际的变形机理。选择瑞利分布函数型式的位移增量,建立了Terzaghi机制下的窄基坑变形模型;采用了考虑土体各向异性和超固结比的土体抗剪强度表达形式,根据上限法原理,提出了考虑基坑几何尺寸的抗隆起安全系数计算方法;定量分析了基坑几何尺寸、超固结比和抗剪强度的各向异性系数等重要参数对抗隆起安全系数的影响规律。经典的基坑破坏案例和非线性有限元分析结果对比表明,考虑基坑几何尺寸的抗隆起安全系数计算方法考虑了内撑架设对基坑稳定性的影响,能够考虑基坑宽度和各向异性对抗隆起安全系数的影响。

基于图像处理的围岩分级测量实验教学系统开发

采用VC++6.0编程语言设计开发了一套基于图像处理的围岩分级测量实验教学系统。学生只需拥有一台安装了该系统的笔记本电脑即可完成几十张实验样本图像的处理,既解决了样本数量问题,又提高了实验效率,还强化了学生记忆,克服了传统实验教学的弊端。同时,该系统还与人工测量做了实验对比,其结果显示是完全可行的。

一种新型低电感磁绝缘传输线的冷腔特性

研究了一种新型低电感花瓣形磁绝缘传输线的冷腔特性。该传输线构型的横向剖面的真空部分由12个类似花瓣形状的周期组成,而每个周期又由平行板和同轴圆弧两种基本传输线构型组成。该构型的整体轮廓有效增加了电极面积,使得传输线的电感大大降低,从而实现使用单层磁绝缘传输线即可获得较低的阻抗,规避了多层汇流结构带来的复杂的PHC结构和磁零位区损失问题。首先,分别计算出两种基本构型单元的电磁场分布、电感、电容和阻抗;而后,再整体计算分析出花瓣形磁绝缘传输线的电磁特性参数;同时,还通过数值模拟来分析该传输线的冷腔特性,获得了该传输线的阻抗值及电磁场分布,并将数值模拟结果与理论计算值进行了对比分析,结果验证了理论计算方法的正确性。

大风浪条件下易流态化固体散货船航行风险预评估系统

针对易流态化固体散货船北上返回国内航线事故频发,而目前又缺少相应的气象安全保障服务产品的现状,采用风险分析理论和模糊综合评价方法,并使用国家气象中心的细网格、短时间步长的风、浪和海流预报资料,研发一种针对易流态化固体散货船在大风浪中的航行风险预评估系统。该系统已在国家气象中心网站上运行,可为从事易流态化固体散货船经营的航运企业和船长提供一种新型航行安全保障的气象服务产品。结果表明:使用该系统可望提前预判易流态化固体散货船北上航行的风险状况,从而避免事故的发生。

西北太平洋初生热带气旋监测预警信息比较

为解决航运安全相关管理人员对初生热带气旋监测和预警信息进行了解、分辨、选择和使用时存在的困惑,以便使其提前了解初生热带气旋的生成动态,保障船舶在航行和作业的安全性,针对目前可供航运安全管理人员使用的初生热带气旋监测和预警信息比较缺乏和杂乱的情况,在对多个专业气象机构发布的各种西太平洋热带气旋监测和预警信息进行分析和比较的基础上,推荐可供非气象专业的航运安全相关管理人员快速有效地了解西太平洋初生热带气旋生成动态的网站,并给出应用流程和应用实例。该研究结果可为进一步研发专供航运安全相关管理人员使用的初生热带气旋监测和预警系统提供参考。

高原铁路极高地应力环境隧道主动支护设计方法研究

目前高能地质环境隧道支护结构的设计仍是隧道领域一大难题,主要包括高地应力软岩与高地应力硬岩支护结构设计问题,而支护结构设计的合理与否是保证隧道稳定性的关键,加之高原铁路高能地质环境隧道段占比较大,故需对高能地质环境隧道设计问题进行深入研究。首先在现有研究成果基础上,对我国铁路隧道设计理论及设计方法进行了系统性总结,并对高能地质环境下隧道的研究进行分析。针对高地应力软岩隧道修建技术难题,提出高地应力软岩隧道变形主动控制设计理念,并以掌子面为界限,提出掌子面超前变形控制及洞身收敛变形控制的全变形控制设计原则;通过理论分析,利用空腔球模型,基于Mohr-Coulomb准则,推导建立深埋隧道掌子面挤出变形解析解,提出高地应力软岩隧道超前支护(掌子面注浆、掌子面锚杆)设计方法;同时,采用弹性力学、塑性增量理论与有限差分原理,考虑软岩非线性变形与强度特性的力学参数变化模型,推导出考虑软岩非线性变形与强度特性的围岩应力、位移有限差分解析解;并基于收敛约束法,建立洞身支护结构设计方法;其次,针对高地应力硬岩隧道设计施工难题,从能量释放角度推导岩爆隧道的冲击荷载计算方法,组合松散荷载,给出岩爆隧道的荷载计算模型及支护结构设计方法。最后,论述大型机械化配套施工、支护结构高质量施作技术是保证隧道稳定性的前提,规划建设过程中应予以重视。研究成果旨在为高原铁路高能环境隧道超前支护设计及洞身支护设计提供理论基础,以期进一步提升我国高能地质环境隧道变形(岩爆)主动控制技术水平。

软弱围岩隧道变形控制主动支护理念及技术

针对软弱围岩隧道变形控制难题,从软弱围岩隧道变形机制及主动支护原理角度出发,提出了以超前支护、预应力锚杆(索)及喷射混凝土为主要支护手段,以主动改善围岩应力状态为中心,通过主动提高围岩力学参数或降低施工对围岩力学参数的损伤影响,主动及时有效的提供支护力,充分调动和发挥围岩自稳能力的隧道变形控制主动支护设计理念。系统的从围岩应力状态、围岩力学参数、及时支护特性等方面进行了软弱围岩主动支护作用机制的分析。结合现有成果,对主动支护变形控制技术及主动支护施工装备等内容进行了详细介绍。并通过国内典型工程主动支护控制围岩变形实践案例,对隧道主动支护变形控制的应用效果进行了分析,验证了主动支护设计理念的实践合理性,为软弱围岩隧道变形控制提供了技术借鉴和理论参考。

隧道主动支护体系全过程信息化动态设计与智能决策方法研究

隧道支护体系全过程信息化动态设计,是真正体现隧道设计施工一体化的理想设计方式。针对传统支护设计存在的针对性不强、统一性不高、安全冗余度偏大等问题,利用信息化、智能化等手段,研究支护体系全过程信息化动态设计与智能决策方法技术路线及关键内容。首先,给出涵盖地质、支护、施工等全过程全要素信息的样本数据库构建方法;其次,综合对比分析Bagging、Random Forest、Extra Trees等6种机器学习算法模型的适用性,明确智能设计决策算法优选类型;再次,提出基于支护变形指标的支护结构安全度量化评价方法;最后,制定支护优化智能决策反馈规则。研究结果为隧道支护体系全过程信息化动态设计与智能决策真正进入工程应用奠定了基础。

基于变形-结构法的隧道初期支护安全性评价研究

现行隧道设计中,初期支护的安全性评价是实现隧道施工阶段初期支护动态设计的关键。为解决这一问题,基于矩阵位移法建立以关键节点位移为已知量的变形-结构法,即由关键节点的位移值直接反算结构荷载及内力,进而依据规范定量评价初期支护的安全性;并编制相应的计算程序,依托郑万高铁香炉坪隧道进行工程应用分析。研究结果表明:1)变形-结构法较之其他以位移为基础的反分析方法,具有原理简单、参数易选取、计算速度快等优点。2)关键节点的空间位置应尽可能均布,并应兼顾特征点,如拱顶点、跨度最大点、墙脚点等,且关键节点的数量应不小于5。考虑到施工现场的复杂性和保证结果的准确性,建议关键节点的数量取7。3)隧道施工过程中,可通过关键节点的位移监控量测数据,利用变形-结构法进行初期支护的安全性评价。

下台阶含仰拱一次开挖工法特性研究

基于传统台阶法中仰拱单独开挖会造成初支封闭滞后存在的安全隐患,提出一种台阶法下台阶和仰拱一次开挖支护的施工方法,通过数值模拟和现场实测分析,探明新工法中支护结构施工力学特征及工程应用经济性,验证新工法施工的安全可行性,确定其对沉降变形起控制作用的关键工序。研究结果表明:新工法结构的应力值量值变化不大,应力分布状态改变;新工法结构变形明显减少,施工工效显著提高;新工法在控制沉降变形、地层适用性、施工组织方面具有综合优势,具备一定的工程推广价值。

层状岩地层超大断面暗挖车站双层叠合初支拱盖法施工技术

主要介绍了双层叠合初支拱盖法施工技术,提出了各步序条件下施工关键技术,并分析了双层叠合初支拱盖法的主要风险,给出了具体的预防措施。研究和施工实践证明,采用双层叠合初支拱盖法进行暗挖车站施工,能较好适应重庆地区地质条件及经济要求,具有工作面大,效率高,工序少,施工安全等显著优点和较强的经济适用性。