基于ISM-SD的地下洞室群施工进度风险传递路径研究

针对水电工程地下洞室群施工进度风险存在传递问题,提出了基于解释结构模型(ISM)和系统动力学(SD)的地下洞室群施工进度风险传递路径分析方法。根据地下洞室群的施工特点,建立了地下洞室群施工进度风险指标体系;结合风险传递机理,运用解释结构模型分析风险因素间传递关系,建立了风险因素传递矩阵,并总结归纳出风险因素关系对照表,通过系统动力学分析风险因素间传递路径,揭示了施工进度风险传递路径网络;集成ISM-SD构建了地下洞室群施工进度风险传递路径分析模型,并结合西南地区某大型水电站地下洞室群工程进行分析。结果表明,该方法可有效识别施工进度风险重要因素和关键传递路径,为地下洞室群施工进度风险管理提供了决策依据。

地下洞室变形破坏物理模拟的力学相似畸变映射原理与实例分析

相似物理模拟是研究地下工程变形破坏问题的重要手段,然而经典相似理论关于相似模型与工程原型之间的几何相似比和材料力学参数相似比的相互约束,导致室内物理相似模型尺寸和材料力学参数一直面临难以完全满足相似准则的困局,从而产生力学畸变和模拟试验结果解译困难。为此,提出了地下洞室变形破坏物理模拟的力学相似畸变映射处理方法,引进畸变系数和映射系数,通过耦合解析法或数值法来映射畸变效应,实现地下洞室物理模拟结果对原型力学行为的定量解译;以圆形隧洞为工程原型,采用水泥基3D打印隧洞物理模型进行相似物理超载试验,基于提出的耦合力学相似畸变法与解析法对物理模拟结果进行了定量分析和对比验证;以某水电站地下洞室群为研究原型,通过砂岩3D打印洞室群物理模型的超载试验获得洞室破坏的变形值,采用耦合力学相似畸变法与数值方法对物理模拟结果进行定量分析。实例分析结果表明,在物理相似模拟中几何相似比和力学相似比不满足经典相似准则条件下,该方法可实现圆形隧洞或复杂洞室群原型的相似物理模拟结果的定量映射分析,对非恒定相似比的地下洞室物理模拟畸变分析具有普适性。

复杂地质大型地下洞室开挖与支护技术研究

在复杂地质条件下进行大型地下洞室的开挖与支护,这一直是一项极具挑战性的工程,其中有很多层次的地质变化和结构应对。本文主要研究了在复杂地质背景下应该如何有效应对洞室开挖过程中遇到的各类技术难题,特别是地下岩层特性的复杂性、地下水位波动、软弱地层的稳定性等多方面挑战,同时还注意结合支护技术的选择与实施,保障工程能够进一步提高施工效率。希望通过本文的研究可以为未来类似工程提供有力的技术参考,确保在复杂地质条件下大型地下洞室工程能够快速高效地实施。

施工-地质双驱动的地下洞室有害气体浓度智能预测方法

地下洞室有害气体浓度与开挖方案、地质条件等密切相关,开展施工-地质影响下的有害气体浓度精准预测对于施工安全管理具有重要意义。然而,有害气体监测数据有用信息难被提取,爆破参数、基岩类别等特征与有害气体浓度间存在非线性耦合,基于此,本研究提出融合沙普利加性解释(SHAP)理论的集成学习有害气体浓度智能预测方法。通过主成分分析(PCA)进行特征预处理,运用树结构贝叶斯优化(TPE)算法迭代寻求CatBoost有害气体浓度预测模型最优超参数组,引入SHAP解释框架,探寻有害气体排放浓度重要影响因子。以金沙江旭龙水电站导流洞工程为例,研究结果表明:对比CatBoost、TPE-XGBoost以及TPE-LightGBM模型,TPE-CatBoost模型均方根误差(RMSE)分别降低了48.9%、40.2%、36.8%,具有更高预测精度;融合SHAP理论发现PM_(10)、PM_(2.5)浓度与爆破方案关联更为密切,CO、CO_(2)浓度受地下水状态等地质条件影响更大。

裂隙发育岩体水电工程地下洞室预裂爆破试验研究

硬梁包水电站地下厂房地质构造复杂,围岩裂隙发育,岩性杂乱,岩体具有“硬、碎、杂”特点,厂房开挖成型难度较大、预裂爆破效果差,为解决此问题,结合地下厂房第Ⅲ层中部拉槽施工预裂,开展了系统的爆破试验。初期试验中,预裂爆破线装药密度低于规范计算值近100 g/m的情况下,两侧边墙岩体在爆破后十分破碎,无法明显看到预裂孔的痕迹。开展的岩体声波测试和岩体完整性分析表明:厂房岩体全孔平均纵波速度为4.03 km/s,整体完整性差;岩体沿预裂孔轴向0~1.5 m、1.5~3.9 m、3.9~7.4 m深度的分段波速平均值分别为2.59 km/s、3.58 km/s、4.70 km/s,表现出在深度方向上的分段完整性差异。根据上述特点,在厂房开挖施工过程中,预裂爆破的平均单孔线装药密度取为0.123~0.284 kg/m,并针对不同深度选取不同的线装药密度,各分段采用小药卷均匀间隔装药,试验和应用效果良好,保证了壁面基本成型,半孔率显著提高。

压气储能地下洞室密封钢衬的非线性力学响应特征

依托某压气储能电站实际工程,基于ABAQUS平台,研究密封钢衬应力的非线性影响因素,分别探究了围岩与混凝土材料非线性、密封钢衬-混凝土接触非线性的影响机理。结果表明,浅埋地下储气洞室围岩初始地应力水平不高,巨大气压导致围岩局部塑性屈服,混凝土严重开裂,密封钢衬高应力区-混凝土严重开裂区-围岩塑性区三者存在对应关系;考虑密封钢衬-混凝土之间的接触关系,使得密封钢衬应力分布更加均匀;检修期在重力影响下密封钢衬顶部与混凝土脱开,检修后再加压密封钢衬应力分布出现调整现象,顶部应力峰值和应力不均匀度有所增大;密封钢衬应力峰值随摩擦系数与缝隙值的增大而增大,当摩擦系数大于0.5时其影响不明显,随缝隙的变化梯度大致为30~40 MPa/mm;地下储气洞室密封钢衬受力分析时需同时考虑材料非线性与接触非线性,以保证密封钢衬具有足够的安全储备。

面向Web的地下洞室群模型加载与渲染优化设计

为解决BIM大规模三维场景给WebGL管线带来的渲染压力,结合水电站地下洞室群的结构、分布特点对数据动态调度策略进行了调整和优化。通过对比分析BIM和GIS中的LOD处理方式,设计了兼顾模型详细程度和发展程度的双重LOD处理机制;通过研究传统金字塔型索引的结构特点和空间划分方式,设计了综合多种树结构的能够自动调整边界的空间索引结构。在此基础上设计了基于渐近加载的动态调度算法,测试表明该方法提高了大规模BIM模型在WebGL上的渲染效率和稳定性。

地下洞道生境下高原鼢鼠血液特征

高原鼢鼠(Eospalax baileyi)是青藏高原特有的地下啮齿动物,终生生活在封闭的地下洞道中,对地下洞道严重缺氧生境有很强的适应性。为了探究高原鼢鼠适应严重缺氧地下生境的策略,在高原鼢鼠的生境现场,测定高原鼢鼠洞道O_(2)、CO_(2)的体积分数和质量浓度,同时测定不同海拔与模拟地下洞道气体体积分数条件下高原鼢鼠的血液参数,并进行比较分析。结果表明:与大气相比,不同海拔高原鼢鼠洞道中O_(2)体积分数和质量浓度均显著下降,而CO_(2)体积分数和质量浓度均显著增加;与海拔2700 m的高原鼢鼠洞道相比,海拔3700 m的高原鼢鼠洞道中O_(2)体积分数和质量浓度显著下降,CO_(2)体积分数和质量浓度显著上升。洞道气体模拟组和3700 m组的高原鼢鼠血常规参数无显著差异;2700 m组高原鼢鼠的红细胞(RBC)、血红蛋白(Hb)和红细胞压积(HCT)的数目均显著低于3700 m组,平均红细胞体积(MCV)显著高于3700 m组。2700 m组高原鼢鼠动脉血氧分压(PaO_(2))显著高于3700 m组和洞道气体模拟组;洞道气体模拟组高原鼢鼠动脉血二氧化碳分压(PaCO_(2))与2700 m组无显著差异,但显著高于3700 m组;洞道气体模拟组高原鼢鼠动脉血氧饱和度(SaO_(2))显著低于3700 m组和2700 m组;动脉血pH在3组间无显著差异。上述结果提示,高原鼢鼠在低氧状态时表现出低PaO_(2)、PaCO_(2)和SaO_(2)水平,增加血液中红细胞数目和减小红细胞体积,使其具有更强的血氧利用率,对地下洞道严重缺氧生境有较强的适应能力。

地下洞室施工安全隐患整改行为演化博弈分析

随着地下洞室建设规模和难度的不断提高,施工安全问题也成了亟需关注的焦点。因此,利用演化博弈理论构建施工单位、监理单位和政府安全监管部门的三方博弈模型,并利用系统动力学(SD)进行仿真分析。结果表明:博弈三方策略的初始概率对系统演化有正向作用;政府加大对施工单位和监理单位的处罚力度比奖励更有效;施工单位投入成本的差异越大,系统达到演化稳定均衡所需迭代的次数越多。

深埋地下洞室围岩应力分析

地下洞室开发再利用是国内学者讨论的热点。某废弃地下洞室修建压气储能电站,考虑马蹄形截面和圆角方形截面的洞室形式和尺寸,应用所提出的无限平面单孔洞的应力近似解析解理论方法,分析了开挖后和不同充气压下洞室围岩的应力场和稳定性,获得了合适的埋深和洞室形式。结果表明,在最大内压10MPa作用下,埋深为400m的圆角方形洞室稳定性相对较好,适合作为废弃矿井压气储能地下构筑物。研究结果为废弃地下洞室用于修建压气储能电站的洞室选型力学分析提供新的计算途径,也为地下洞室再利用的构筑物选型和选址提供了理论依据和数据支撑。

某工程岩浆岩发育规律及其对地下洞室围岩分类的影响研究

文章以某工程实际为例,阐述了广泛分布在工程区的岩浆岩发育规律,通过对岩浆岩侵入规律的总结,从地下洞室围岩分类的五个影响因素入手,包括岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水状态、主要结构面产状,分析岩浆岩侵入不同地层时对地下洞室围岩分类的影响,以期为相似工程提供经验。

抽水蓄能电站地下洞室群施工控制网技术研究

近几年来,抽水蓄能电站建设迅速增长,其地下洞室群具有复杂多变、异质性强以及施工风险大等特点,因此需要引入施工控制网技术来应对这一挑战。本文通过对抽水蓄能电站地下洞室群施工控制网技术的运用进行研究,分析地下洞室群特点及施工难点,并提出有效的技术优化建议,以降低地下洞室群施工的风险性并提高安全性。以期为抽水蓄能电站的地下洞室群施工提供有利的技术支持。

基于眼-脑生理指标的大型地下洞室驾驶员疲劳演化特征研究

为保障大型地下洞室驾驶安全,提出眼动和脑电双模态驱动的大型地下洞室驾驶疲劳评价方法,探究驾驶员疲劳演化特征。首先,根据实地数据设计大型地下洞室模拟场景,利用驾驶模拟技术开展驾驶试验,实时采集驾驶员的眼动和脑电数据;其次,对数据进行分段处理,基于格拉布斯准则剔除眼动异常数据,通过快速傅里叶变换分解出脑电节律,构建脑电疲劳指数模型;最后,开展不同区段下驾驶员平均瞳孔直径、眨眼持续时间、眨眼频率及θ、α、β节律等指标的差异性分析,以平均瞳孔直径和脑电疲劳指标F为参量,提出基于模糊综合评价的驾驶疲劳度量方法。结果表明,驾驶员的视觉疲劳出现明显早于精神疲劳,而精神疲劳可以更精确地体现影响驾驶状态的内在疲劳。相较于地上路段,驾驶员在大型地下洞室中的疲劳累积更快,呈现反复、波动式上升,且其综合疲劳程度在中后段达到峰值,之后受洞口光亮刺激在末段减弱。

硬岩地下洞室工程爆破振动与围岩损伤范围相关性研究

为了简便而准确地获取爆破荷载下硬岩地下洞室围岩损伤范围,以某待建重要地下洞室工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟的方法,根据爆破设计方案,建立不同药量条件下多段延时爆破累积损伤计算模型,利用等效爆破荷载的方法和LS-DYNA完全重启动技术,得到多段延时爆破荷载作用下的爆破振动数据和围岩累积损伤范围。分析地下洞室围岩累积损伤效应,研究爆破振动与围岩累积损伤范围之间的相关性。研究结果表明:诱导地下洞室周边围岩损伤的荷载主要来自于二圈孔和周边孔爆破,其中洞室拱顶围岩损伤范围(2.21 m)明显大于拱腰围岩损伤范围(2.05 m);爆破全时程振动曲线的峰值处于掏槽孔延期时间范围内,与造成洞室周边围岩损伤的爆破段位不一致,应以对围岩损伤影响较大爆破段位的质点峰值振动速度研究与围岩损伤范围的相关性;建立了围岩累积损伤范围与爆破药量、爆心距和质点峰值振动速度之间的量化关系,得到了可通过任意爆心距处质点峰值振动速度推断围岩累积损伤范围的函数关系式,为控制围岩爆破损伤提供依据。

基于Hoek-Brown准则的地下洞室围岩稳定性分析

基于Hoek-Brown准则,针对该准则中与围岩稳定性相关联因素,如最大主应力σ1、最小主应力σ3、岩石强度指标GSI和岩石单轴抗压强度σci,对水电站大型地下洞室围岩稳定性的影响开展分析,建立相关数值计算模型和方案,分析σ1、σ3、GSI和σci影响下大型地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律。研究结果表明:根据不同σ1、σ3、GSI和σci条件下地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律,可将围岩变形和塑性区深度划分为3个阶段:基本不变阶段、缓变阶段、陡变阶段。根据洞室围岩的塑性区特征,并结合洞室变形趋势等可将围岩变形和塑性区划分为自稳域、可控域、不可控域,得到基于Hoek-Brown准则的水电站地下洞室地应力-岩体强度-围岩稳定关系。自稳域对应地下洞室围岩处于稳定或基本处于稳定状态;可控域对应围岩有一定的变形或松弛破坏,但在一定支护策略下可控制变形或维持围岩稳定;不可控域对应围岩变形或松弛破坏较为明显,在一般支护策略下无法控制围岩变形或维持围岩稳定。根据研究成果可对Hoek-Brown准则下不同地应力大小、不同岩体强度的地下洞室进行围岩稳定性综合评判,用于系统指导地下洞室群的全过程设计和建设。

基于KPCA-IPSO-SVM模型的地下洞室围岩变形预测研究

为了提高地下洞室施工期围岩变形预测的准确性和运算速度,研究了KPCA-IPSO-SVM预测模型在地下洞室施工期围岩变形预测中的运用,并对粒子群算法(PSO)进行改进。核主成分分析法(KPCA)可将输入参数映射到高维空间处理,依据累计贡献度提取模型输入的非线性主元,降低输入参数的维度;改进粒子群算法(IPSO)对支持向量机(SVM)的核函数参数和惩罚因子进行优化。以向家坝水电站地下洞室施工期围岩变形监测数据作为研究对象,对该模型进行训练和预测,并将KPCA-IPSO-SVM模型与单一SVM、PSO-SVM、IPSO-SVM预测模型进行比较。结果表明,KPCA-IPSO-SVM模型具有更高的预测精度和运算速度。

基于局部强度折减法的地下洞室群“危险区”破坏判据及其工程应用

为准确评价大型地下洞室群的安全状态,探究基于局部强度折减方法的地下洞室群安全系数求解方法。将屈服接近度(YAI)小于0.1的区域定义为“危险区”,以洞室之间围岩“危险区”贯通作为洞室群整体破坏判据,将“危险区”贯通时对应的折减系数定义为洞室群破坏的安全系数,定量评价洞室群整体稳定性,解析各类洞室群破坏判据计算结果差异。研究结果表明:1)各判据对应的安全系数从大到小依次为等效塑性应变贯通、塑性区贯通、关键点位移突增、“危险区”贯通;2)以关键点位移突增为标准,另3种判据求出的安全系数误差分别为33.7%、13.9%、2.6%;3)基于“危险区”贯通的安全系数计算结果与位移突增判据更为接近,以“危险区”贯通为破坏判据的破坏区与工程实际围岩的破坏特征相符合,计算量更少。

卡拉水电站地下洞室群稳定性分析及洞室间距优化研究

不利地质构造及软弱地层是卡拉水电站地下洞室群围岩稳定控制的关键性因素,鉴于此,采用离散元方法建立了包含不同级别结构面及软弱地层的节理岩体模型。在节理岩体模型的基础上,对处于优化设计阶段的卡拉水电站进行洞室群稳定性分析以及主副厂房洞和主变洞间距优化研究。数值计算结果表明:地下厂房洞室群整体稳定性较好,地下厂房区围岩具备成洞条件;但存在软弱地层T 3 z 2-5区域围岩变形较大,局部区域节理相互切割易造成块体滑落等工程地质问题,需要对其重点关注;结合洞群开挖后围岩内场量的分布情况以及经济指标和力学指标,从定性和定量角度对洞室间距进行了优选,最终确定主副厂房洞和主变洞间距50 m为最优方案。相关研究成果对于卡拉水电站洞室优化、安全施工具有一定指导意义。

复杂地下洞室群施工污染气体及粉尘通风运移

在地下洞室群的爆破施工过程中会产生大量污染气体及粉尘,对地下洞室群施工通风污染气体及粉尘运移的认识有助于优化洞室群施工通风设计,提高洞室群通风方案的合理性。针对某大型复杂地下储油洞室群穹顶施工过程中的通风问题,采用CFD数值模拟及现场实测的方法,对污染气体及粉尘在洞室内的运移进行了分析。结果表明:气流在洞室内的发展过程分为涡流区、回流区和碰撞区,且涡流区和碰撞区是通风过程中较不利的位置。多洞室的情况下,洞室内的污染气体容易在主通道内聚集。粉尘在洞室与连接通道交叉的位置以及主通道左侧转弯处浓度较高。洞室穹顶内污染气体及粉尘运移的速率较高,并且粉尘相对于污染气体的运移存在滞后性。

随机块体影响下地下洞室开挖面安全评价方法研究

为全面揭露开挖面上潜在的随机块体,评判地下洞室局部稳定性,提出基于力学和能量角度的随机块体影响下的地下洞室开挖面安全评价方法。首先,依照随机结构面位置、产状、出露长度、间距、黏聚力和内摩擦角的分布范围,制定分区均匀试验设计方案并生成均匀分散的随机结构面组;然后,将其建入有限元模型并应用改进的单元重构-聚合方法搜索随机块体;最后,综合各次试验结果,以力学安全系数、能量危害指标评价开挖临空面的稳定性。工程实例表明,该方法可充分模拟随机结构面的组合效应,有效提升随机块体的搜索效率,清晰展现系统支护后仍存在隐患的位置,进而指导施加局部支护措施。