基于GA-BP算法的隧道围岩力学参数反分析

建立智能位移反分析系统,用其确定隧道围岩的力学参数.针对BP神经网络易陷入局部极小值和训练时间过长等缺点,利用遗传算法全局寻优能力优化BP神经网络的权值和阈值.结合均匀设计法在围岩力学参数初始域范围内设计实验方案,这样不仅减少了迭代时间和次数,还提高了预测精度.通过对绿春坝隧道围岩力学参数的反演,验证了该方法的可靠性及适用性.将反演得出的围岩力学参数代入到数值模型中进行计算,结果表明,数值计算值与现场实际监测值的误差分别为-8.9%和4.5%.     

大跨径水工隧洞围岩力学参数反演分析

为了验证位移反分析法在隧道施工过程中实际应用的可行性,以大田平原排涝隧洞为研究对象,选取隧洞围岩的弹性模量E和黏聚力c为反演参数,采用黄金分割法对所选断面围岩进行位移反分析的优化迭代计算,并以此得到的反演参数组合代入FLAC3D数值模拟软件中,计算该断面的围岩沉降变形,将结果与实际监测拱顶沉降数据进行对比.结果表明,此类反分析方法反演得到的围岩力学参数可靠,可以获得比较符合地质条件和工程应用的参数,反演结果可以预测后续施工的位移,并可以通过控制设计开挖量,减少喷射混凝土用量,节约工程成本.     

散体围岩力学参数位移反演优化

针对散体围岩非连续性、松散的特性以及难以获得可信度高的力学参数的问题,基于Hoek-Brown强度准则和位移反演理论,提出一种新的岩体力学参数确定方法。采用Hoek-Brown强度准则估算散体围岩强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ和抗拉强度στ)和变形参数(弹性模量EH),将估算出的强度作为位移反演分析过程中的已知参数,基于数值计算方法,对变形参数(弹性模量反算值EB和泊松比μ)进行反演优化。将弹性模量估算值EH和弹性模量反算值EB对比分析,进而修正估算的输入参数,从而得到接近实际的岩体力学参数。研究结果表明:EH与EB相差仅为0.01 MPa,相对误差为1.75%,小于5.00%,即参数合理有效;将新方法确定的力学参数应用于数值模型进行反演正算,得到ZK34+232断面拱顶下沉值和水平收敛值的相对误差分别为1.3%和3.4%,符合检验标准,满足工程实践,说明新方法是可行的,可以用于隧道工程设计和施工。     

地铁隧道土体参数敏感性分析与正交反演

以郑州地铁工程为依托,现场监测数据为依据,采用敏感分析和数值模拟相结合的研究方法进行地铁盾构隧道土体力学参数的反演分析.利用MATLAB神经网络工具箱计算平台,计算分析土体变形量与其对应的力学参数之间的非线性关系,构建BP神经网络的训练结构;以地表竖向监测位移为输入样本值,对土体力学参数进行位移反分析.研究结果表明:影响地表变形的主要土体力学参数敏感度依次为内摩擦角(φ)、弹性模量(E)、内聚力(C)、泊松比(μ).应用FLAC3D软件模拟分析地铁区间隧道盾构施工过程的力学特征,并将其成果作为反演分析的样本数集;杂填土层弹性模量E1为7.60 MPa,内摩擦角φ1为22.5°;粉土层弹性模量E2为19.68 MPa,内摩擦角φ2为27.7°;粉质黏土层弹性模量E3为12.98 MPa,内摩擦角φ3为19.5°.现场应用证明了该方法的有效合理性.     

硬质围岩铁路隧道初始地应力数值反演分析

在宝(鸡)-兰(州)复线东巨寺沟硬岩铁路隧道拱顶位移和位移收敛测试数据的基础上,采用有限元法对该隧道围岩的构造应力进行数值反演,利用地应力反演结果对隧道围岩稳定性进行了分析和评价.采用反演的地应力分析结果表明,拱顶下沉、水平位移收敛值与实测值接近,支护结构围岩处于稳定状态.     

基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

隧道围岩力学参数反分析及工程应用

以大连地铁一号线学苑广场—海事大学区间过河段隧道工程为背景,基于一种新型优化算法——差异进化算法进行隧道围岩力学参数反分析,提出以位移值为指标的差异进化位移反分析方法及实现过程,并将反演得到的围岩力学参数应用到过河段隧道工程开挖方案比较及稳定性分析,验证了复杂地质条件下该方法的可行性和有效性.结果表明,该方法在复杂地质条件下具有较好的可行性,且对选取隧道施工方案、保证隧道安全具有一定的指导意义.同时,所得围岩力学参数也可进一步应用于其他类似工程的相关研究.     

秦巴山区某软岩公路隧道合理施工方法研究

以秦巴山区某软岩公路隧道为工程背景,采用FLAC数值模拟和现场监测相结合的方法对该隧道合理施工方法进行了研究。建立3种不同施工方法下的计算模型,数值计算结果显示,相比于台阶法施工和单侧导坑法,采用留核心土法施工引起的隧道围岩变形较小,能够满足设计要求,从经济和施工工期角度来看,留核心土法是该地区软岩隧道最为合理的施工方法。为了验证数值计算结果的可行性,在隧道周围设置了变形监测点,实测结果表明,采用留核心土法施工后,隧道最大周边收敛14.81 mm,最大拱顶沉降值为27.11 mm,隧道变形在允许范围之内。隧道围岩变形的实测值与预测值变化趋势基本一致,表明FLAC数值模拟可在隧道施工前对隧道施工方法的合理性做出评价,具有超前指导意义。     

隧道围岩特性参数反分析与数值模拟

为确定合理的隧道围岩应力场和参数,采用位移反分析法进行分析.结合现场监测数据和FLAC3D有限元软件进行反演分析和围岩变形数值模拟.研究结果表明:运用FLAC3D仿真模拟开挖,隧道拱顶是危险点,开挖之后拱顶上部围岩下沉值较大;通过现场实际监测拱顶点的位移分析可知,当从第六天之后围岩趋于稳定下沉值22 mm,回归分析确定了拱顶下沉值随时间的变化指数曲线关系;根据位移反分析确定围岩弹性模量为2.5 GPa适合该工程条件,围岩其他参数也可按照该方法进行确定.     

黏弹性条件下大跨度公路黄土隧道二次衬砌施作时机

为研究大跨度公路黄土隧道二次衬砌施作时机,以神府(神木—府谷)高速公路墩梁隧道为依托,采用现场测试、数值模拟和理论分析相结合的方法,首先对隧道拱顶变形进行现场测试,揭示其变形规律,提出了基于隧道二次衬砌安全临界状态的最佳施作时机计算方法;其次根据黏弹性条件下隧道围岩变形理论公式,结合现场监测数据反演分析得到围岩Kelvin模型流变参数;最后利用提出的最佳施作时机计算方法和Kelvin流变模型,通过数值模拟研究了黏弹性条件下大跨度黄土隧道二次衬砌最佳施作时机。结果表明:大跨度公路黄土隧道变形经历急剧变形、持续变形和缓慢变形3个阶段,各阶段产生的沉降值分别为最大沉降值的67.7%,21.7%和10.6%;Kelvin模型中蠕变参数黏性元件黏滞系数η为2.75×10~(14) kPa·s,与黏性元件串联的弹簧元件弹性模量E_1为138.3 MPa,与黏性元件并联的弹簧元件弹性模量E_2为321.5 MPa;大跨度公路黄土隧道Ⅴ级围岩深埋段二次衬砌最佳支护时机为初期拱顶下沉速率小于0.3 mm/d。     

降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩破坏演化

应用FISH语言改进FLAC~(3D)软件的非饱和渗流计算功能,同时等效模拟渗流过程中土体强度折减和膨胀力增加的力学特性,提出降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩大变形破坏数值演化分析方法.依托某膨胀性黄土隧道工程实例,将隧道围岩变形及力学特性现场测试与计算结果比较,验证了该数值方法的适用性.结果表明:降雨持续作用下隧道围岩位移随含水率呈台阶形增长,分析得出了位移出现极大值时对应的含水率,在膨胀土隧道工程实践中可以此作为安全施工的一项监控指标;降雨持续作用60 h,隧道边墙正弯矩明显增大,初期支护向内挤出变形严重,围岩体剪切应变发育显著,且地表山体边坡发育出大面积塑性贯通区,数值分析有效揭示了隧道洞内塌方及地表山坡滑塌破坏机理.研究成果可对膨胀性黄土隧道围岩稳定性分析和变形控制提供一定的指导.     

深埋隧道围岩应变软化模型参数的正交设计

研究高应力环境下岩体单元塑性软化变形对深埋隧道围岩位移的影响规律,采用基于莫尔库仑与拉破坏复合破坏准则的应变软化模型对深埋隧道的开挖卸荷进行数值仿真,按照正交实验方法设计计算方案。根据计算结果,得出应变软化模型力学参数对围岩水平收敛位移影响程度的大小,建立围岩水平收敛位移与应变软化模型力学参数之间的经验公式,为深埋隧道围岩的稳定性分析提供了理论依据,对实际工程施工也有重要的参考价值。     

大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演

综合考虑大型地下洞室群施工现场的开挖进度信息、支护进度信息及新出露的地质信息,建立能够实时更新且反映工程实际进度的三维全尺度数值仿真模型,结合均匀设计和人工神经网络技术,基于C#.NET+Python混合编程技术对通用数值软件ABAQUS进行二次开发,提出大型地下洞室群施工期围岩力学参数实时动态反演分析方法。以黄登水电站为例,对其地下洞室群施工期围岩力学参数进行实时反演。结果表明:各施工分期测点计算位移与实测位移随施工期的曲线变化规律一致,实测值与计算值吻合度较高,第五期的平均误差仅为5.5%,得到较好的反演结果,验证了此法的合理性和可操作性。     

软弱围岩隧道侧压力系数反演分析

针对复杂的应力场对软弱围岩隧道变形影响较大的情况,借助监测位移信息结合反演理论,采用数值方法,确定围岩的侧压力系数.对韩杖子隧道现场监测、隧道洞周围岩变形值,对拱顶下沉现场监测数据,以及洞周围岩水平变形,分别采用指数、双曲和对数模型进行MATLAB回归分析,并利用FISH语言编制求解侧压系数λ的命令,依据弹塑性位移反分析法,通过采用黄金分割法,得出最佳时态曲线方程以及实现对侧向压力系数λ的反演分析,得到λ最终解为1.130,结果达到收敛精度要求,对λ进行反演具有重要的研究意义.     

基于位移反分析的隧道二衬合理支护时机

二衬支护时机是否合理影响着隧道的稳定性,始终是隧道施工中讨论的热点问题。结合现场监控量测数据,通过3种回归函数的对比分析,确定了满足精度的回归曲线并预测围岩最终位移量,初步确定了二衬合理支护时机;结合黄金分割法与FLAC3D数值模拟软件,通过位移反分析法获得符合工程实际的围岩力学参数E,c值并代入FLAC3D中,基于3种二衬合理支护时机判定准则确定了支护时机;综合考虑回归分析与数值模拟计算结果,最终确定兴隆隧道Ⅲ级围岩段的二衬合理支护时机与施工安全距离。研究结果表明：双曲线函数回归精度最优,并根据函数曲线预测Ⅲ级围岩最终位移量为12.20 mm,初步确定在开挖后第20天施作二衬;通过围岩力学参数反演确定Ⅲ级围岩E=4.944 GPa,c=0.268 MPa为符合工程实际的围岩力学参数;通过数值模拟确定在开挖后第19天、距掌子面95 m时施作二衬满足变形速率和极限位移准则,在开挖后第18天、距掌子面90 m时施作二衬满足最小支护抗力准则。综合考虑三者的影响程度,最终确定兴隆隧道二衬合理支护时机为开挖后第18天,此时距掌子面90 m。     

基于遗传算法和神经网络的隧道围岩位移智能反分析

基于正交试验设计和FLAC3D建立的学习样本以及测试样本,通过工程现场获取的围岩位移信息,用神经网络建立待反演参数与围岩位移之间潜在的映射关系。研究结果表明:利用该神经网络的仿真预测功能,结合遗传算法搜索反演参数的最优解,从而实现位移反分析;可将反演结果反馈于隧道支护结构的设计,实现隧道的信息化施工与设计。     

富水岩溶隧道下穿充填型溶腔技术措施及力学分析

为解决富水岩溶地区隧道下穿充填型溶腔时发生的突水涌泥灾害,以云南玉磨铁路巴罗二号隧道为背景。运用有限元软件MIDAS GTS NX建立充填型溶腔处治前后两种工况下的隧道模型,对两种工况进行力学分析,提出在充填溶腔位置采用超长管棚加固的方法对围岩变形进行控制,并通过现场试验段验证超长管棚加固效果。结果表明：在采用超长管棚加固后,溶腔与隧道间塑性贯通区消失,围岩竖向位移降低76.3％,左侧拱腰收敛降低63.85％,模拟值与现场实测值吻合度较高,证明采用超长管棚加固后隧道结构稳定性明显增强。超长管棚弯矩值和轴力值随开挖进度不断增大,但分布逐渐均匀,超长管棚应变解析解与软件模拟数值解分布规律基本一致,表明管棚在稳定围岩方面效果显著。现场试验段应用超长管棚加固措施后,围岩变形量值得到有效控制施工工期缩短,有效提高施工效率且效果良好,保证了后续施工的安全。     

月亮山隧道围岩变形规律及稳定性分析

隧道开挖时,控制围岩变形是工程安全的重要保障。本文以湖北省月亮山隧道为例,选择三个典型隧道断面数据进行围岩变形研究,得到了围岩变形-时间关系曲线。通过利用最小二乘法和nlinfit函数法对量测数据的处理,得出两种回归分析方法下拟合程度的比较分析研究,从而发现一种更简便的计算方法和更适合该隧道的回归方程,预测了收敛趋于稳定的时间和总变形量,确定预留变形量,为二次衬砌提供合理的支护时机。同时运用FLAC-3D三维有限元软件进行了数值模拟,分析了该隧道施工的空间效应,得到了围岩变形稳定距离。最后对隧道围岩稳定性进行了评价,给出相应的处理建议,对隧道的设计修改和施工具有重要的指导意义。     

泥岩条件下水工隧洞岩石参数反演计算数值分析

岩石力学参数的确定是岩土工程数值计算中的关键问题,岩体参数的准确性,对数值计算的结果会造成很大的影响.而实验室内对岩体参数的测定均存在尺度效应问题,且现场取样的数量往往不多,因而很难得到工程区域的岩体真实参数.采用反演分析的方法可以综合考虑诸多因素的影响,更加准确地得到岩体的参数.正反分析法是先假定待反演的参数,通过正演分析得到岩体结构的位移或应力等,然后将其与实测值相比较,并按一定方式修改调整待反演参数,逐步逼近实测值,从而确定待反演的岩体参数.结合国外泥岩水工隧洞工程实例,利用实际监测数据对现场岩体参数进行反演计算,最后,通过分析比较,获得比较符合实际的岩体参数,为隧洞初期支护参数的合理确定奠定基础.     

孔隙水压力作用的弹塑性CPPM算法及隧道围岩力学参数反演

海底隧道相比陆地隧道更易导致突水等灾害,为了研究隧道围岩在孔隙水压力作用下的受力、变形规律、塑性区的变化以及力学参数不易准确给出的问题.首先在弹塑性本构方程积分算法—最近点投射算法(Closest Point Projection Method)中引入修正有效应力公式,使用C++语言编制了考虑孔隙水压力作用的弹塑性有限元求解程序,应用所编程序对不同孔隙水压力作用下隧道的位移场、应力场及塑性区进行模拟;其次基于智能优化算法—差异进化算法(Differential Evolution)和所编弹塑性有限元求解程序开发了智能反分析程序,对不同差异策略下反演参数的精度进行比较,分析了反演参数的演化趋势随着进化代数的变化规律.研究结果表明,所编制的考虑孔隙水压力作用的弹塑性有限元程序可以较好地进行数值计算,计算结果显示孔隙水压力对隧道的受力、变形及塑性区影响比较显著,随着孔隙水压力的增大,塑性区明显扩大.自主开发的智能反分析程序反演结果具有较高的精度,其中差异策略对反演精度影响较为明显,同时在反演时需综合选择算法的变异因子和交叉因子,以达到反演参数最优化的目的,可以将所开发的程序应用于实际隧道围岩力学参数反演,对设计及动态施工起到辅助作用.