基于深度学习的空间变异土体中隧道水平收敛安全系数计算

为提升随机有限元法用于计算空间变异土体中隧道水平收敛安全系数的效率,提出一种空间注意力-卷积神经网络作为随机有限元的代理模型。该代理模型以具有空间变异性的土体参数为输入,以隧道水平收敛安全系数为输出,从随机有限元生成的少量样本中学习土体参数随机场与隧道水平收敛安全系数间的关系,进而在更多样本上代替随机有限元方法进行安全系数的计算。以上海某地铁隧道水平收敛安全系数计算问题为例测试该代理模型,结果表明:代理模型与随机有限元计算的隧道水平收敛平均安全系数相对误差小于2%;代理模型与随机有限元计算的水平收敛安全系数MAPE、RMSE、MAE分别小于10%、0.12、0.10,R~2大于0.8,可以满足工程准确度需求;同时,相比于随机有限元算法,代理模型的计算效率提升约880倍。

基于灰色关联度的管幕冻结隧道开挖断面变形影响因素分析

以港珠澳大桥拱北隧道暗挖段维护冻结期开挖施工为工程背景,针对常规影响因素敏感性分析方法不能考虑围岩物理力学及支护结构参数不确定性问题,提出基于数值分析的隧道开挖断面变形主要影响因素敏感性灰色关联分析方法,模拟隧道在开挖过程中的拱顶沉降和隧道水平净空收敛。通过数值模拟和现场实测数据对比验证了模型的正确性,同时利用灰色关联法,分析了围岩力学性能和支护结构参数对隧道开挖拱顶沉降和水平净空收敛的敏感性。研究结果表明:隧道开挖后影响拱顶沉降的主要因素依次为冻结壁弹性模量>围岩黏聚力>内摩擦角;对隧道水平净空收敛的主要影响因素为围岩内摩擦角>冻结壁弹性模量>围岩黏聚力;作为管幕冻结法隔水结构的冻结壁与管幕支护形成了协同支撑体系,承担了部分外荷载。研究成果为今后类似工程设计与施工安全影响因素分析提供了一种新方法。