隧道围岩变形经验模态分解灰色系统预测模型研究

基于经验模态分解降噪原理,建立了EMD灰色系统GM(1,1)预测模型,使EMD方法与灰色系统GM(1,1)预测模型很好地相结合,有效地降低了原始监测数据内噪声干扰对预测结果的影响;并结合梅花山隧道工程实际,对EMD灰色系统GM(1,1)预测模型进行了检验。研究结果表明:EMD灰色系统GM(1,1)预测模型环境适应能力较强,预测结果与实际监控数据吻合程度较高,是隧道工程围岩变形动态预测较为有效方法,具有较好的工程实用价值。     

隧道围岩变形EMD灰色系统预测模型研究

基于经验模态分解降噪原理,建立了EMD灰色系统GM(1,1)预测模型, 使EMD方法与灰色系统GM(1,1)预测模型很好地相结合,有效地降低了原始监测数据内噪声干扰对预测结果的影响,并结合梅花山隧道工程实际,对EMD灰色系统GM(1,1)预测模型进行了检验。研究结果表明：EMD灰色系统GM(1,1)预测模型环境适应能力较强,预测结果与实际监控数据吻合程度较高,是隧道工程围岩变形动态预测较为有效方法,具有较好的工程实用价值。     

Sloboda模型在隧道围岩变形预测中适用性分析

隧道围岩变形的监测和分析对于隧道工程的设计和施工都非常关键,鉴于Sloboda生长曲线与隧道围岩变形-时间曲线的相似性,将Sloboda模型引入到围岩变形预测中,通过围岩变形-时间曲线的拟合预测未来围岩变形发展趋势和围岩极限变形值。通过工程实例具体分析了Sloboda模型的适用性,结果表明:Sloboda模型可以较好地拟合隧道围岩变形-时间曲线;围岩变形-时间曲线的波动性以及尾部阶段发展趋势对Sloboda模型预测效果存在影响;Sloboda模型预测效果要优于指数曲线模型和双曲线模型,具有更好的应用价值。     

基于Kriging时空统一模型的隧道动态施工位移预测

将经典的Kriging空间插值进行时空扩展,应用时空变异函数建立隧道围岩位移预测模型;分析参数与变形的之间的关系,给出时空插值的计算程序和方法。在此基础上采用时空统一Kriging插值预测模型和DGM(1,1)灰色预测模型预测隧道施工过程中掌子面前方一定范围内任意时刻的拱顶沉降。以湖南省娄底市笋安山隧道为试验对象,对比分析以上2个预测模型的位移预测值与实测值,并分别对位移预测值和实测值进行交叉验证。研究结果表明:相对于DGM(1,1)灰色预测模型,时空统一Kriging模型预测精度更高,能更准确地预测拱顶下沉位移的发展变化趋势,在实际隧道工程的围岩位移预测中是有效的、可行的。     

隧道围岩变形的非线性自回归时间序列预测方法研究

针对传统时间序列预测模型的单一线性和忽略施工过程影响的静态局限性,提出非线性自回归(包括NARNN与NARXNN)时间序列预测模型.该模型通过引入动态施工影响因子作为附加的外部输入,同时结合模型本身的反馈结构和延迟单元,在结构和动态特性上更加符合实际系统,可以非线性动态地考虑隧道施工全过程.运用该模型对史家山2号隧道施工过程中的围岩水平收敛和地表变形进行预测.结果表明:1)非线性自回归预测模型比传统的ARMA预测模型的预测精度高、适应性好;2)通过多次预测并对结果取平均值,可以保证非线性自回归预测模型预测结果的预测精度和稳健性;3)通过优化动态施工影响因子的取值方法,可以进一步提高NARXNN时间序列预测模型的预测精度.     

隧道围岩挤入型流变大变形预测及其工程应用研究

将高地应力条件下隧道软弱围岩发生挤入型大变形的复杂力学行为归属为变形速率快而收敛慢、量值大、达到稳定的时间长的一种非线性蠕变范畴,着重研究了对围岩挤入型大变形的预测方法及其可靠性评价.对乌鞘岭铁路隧道断层带施工开挖大变形问题进行了变形预测的工程应用,并对一种可用以解决上述围岩大变形问题的新型自进式压力分散型让压锚杆提出了应用建议.     

Sloboda模型在隧道围岩变形预测中的应用及其适用性分析

隧道围岩变形的监测和分析对于隧道工程的设计和施工都非常关键,鉴于Sloboda生长曲线与隧道围岩变形-时间曲线的相似性,将Sloboda模型引入到围岩变形预测中,通过围岩变形-时间曲线的拟合预测未来围岩变形发展趋势和围岩极限变形值。通过工程实例具体分析了Sloboda模型的适用性,结果表明：Sloboda模型可以较好的拟合隧道围岩变形-时间曲线;围岩变形-时间曲线的波动性以及尾部阶段发展趋势进对Sloboda模型预测效果存在影响;Sloboda模型预测效果要优于指数曲线模型和双曲线模型,具有更好的应用价值。     

隧道围岩变形量预测的灰色模型应用比较研究

隧道施工过程中的围岩变形监测是掌握围岩的动态信息、确保施工期间隧道稳定性的重要手段.围岩位移预测则是支护形式、支扩参数设计恰当与否和了解运营以后隧道长期稳定性的关键所在.传统预测方法有基于岩体力学理论的计算方法、基于实测值的拟合方法等,本文通过以实际工程原始数据列作为参考数列,建立围岩预测量测数据的灰色预测预测模型以及3种GM(1,1)改进模型,并通过比较结果及关联度分析发现,一般的GM(1,1)灰色预测模型适用于围岩变形量的短期预测,更新递增模型和新陈代谢模型在作较长期预测时,预测精度更高.     

基于改进西原模型的圆形隧洞位移解析解

探讨围岩三阶段流变效应对隧道收敛位移的影响。首先基于分数阶微积分理论,采用损伤分数阶Abel黏壶取代传统西原模型黏弹性体及黏塑性体中的理想黏性体,提出改进的西原模型;然后采用改进的西原模型,推导出圆形隧道位移的黏弹塑性解;最后以金瓶岩隧道为例,对解析解的有效性进行了验证。研究结果表明：(1)改进西原模型可以较好地模拟岩石蠕变变形的3个阶段,即衰减蠕变阶段、常速蠕变阶段及加速蠕变阶段;(2)解析得到的围岩蠕变位移曲线与现场实测结果平均值曲线在形态与数值上均较为吻合;(3)随着损伤Able黏壶分数阶阶次的增大,或者损伤系数的增大,围岩的位移呈现增大的趋势。在实际工程中,通过工程手段减弱围岩的黏性或减小围岩的损伤,可以较为有效地抑制围岩的流变变形。     

穿越富水F4断层铁路隧道变形监测与分析

针对山岭隧道穿越断层破碎带围岩大变形问题,以某穿越富水F4断层铁路隧道工程为研究对象,采用现场监测手段,对隧道穿越F4断层时变形规律进行了详细分析。研究工作主要包括:(1)V级和Ⅳ级围岩段隧道开挖影响距离分析;(2)贯通施工对断层破碎带内隧道工期及后期变形的影响分析。研究结果表明:现场监测结果验证了隧道穿越F4断层施工控制措施是可行的,围岩及隧道变形得到了较好地控制;贯通施工对断层破碎带内隧道施工变形和后期变形均有较大影响,且距离贯通断面越近,影响越大;依托工程条件下V级和Ⅳ级围岩的开挖影响距离分别为47m和47.6m。研究结论可为类似工程地质条件下隧道设计与施工提供借鉴与参考。     

高铁隧道穿越采空区段围岩变形受力规律分析

为研究高铁隧道过采空区段的围岩变形规律,本文以太焦高铁皇后岭隧道典型过采空区段工程为背景,通过对典型断面进行隧道围岩变形和拱架内力的持续监测,对比分析不同施工阶段下高铁隧道围岩变形受力规律。分析结果表明：上台阶开挖时是围岩变形发生的主要阶段,隧道最大沉降变形发生于拱顶,占总变形比值的50%以上,且隧道距离采空区底板距离越近,围岩受开挖和采空区扰动影响越大;钢拱架受力为全环压应力,整体分布呈现“上大下小”、“不均匀对称”的特点,受力最大位置出现在拱顶和右拱肩位置,并且拱架受力随着掌子面的远离,其轴力变化速率呈现出逐步减少的趋势。结合位移和应力监测数据分析结果,采空区对隧道的影响高度约为25.7m。研究成果可为类似隧道过采空区工程的设计、施工提供借鉴和参考。     

隧道围岩收敛变形的改进GM(1,1)预测模型

为了有效提高隧道围岩变形的预测精度,对传统GM(1,1)预测模型进行了改进。改进模型通过对原始监测数据列优化重构,降低了量测误差、外界因素等噪声干扰造成的监测数据随机突变和离散性,提高了模型预测效果,并结合梅花山隧道典型监测断面对改进GM(1,1)预测模型进行了检验。研究结果表明:改进GM(1,1)预测模型增强了环境适应能力;预测结果与实际监测数据吻合程度明显提高,具有较好的实际工程应用推广价值。     

软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征

为解软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征,以宜巴高速公路卧佛山隧道实体工程为依托,选取2个典型断面开展现场测试工作,对初期支护变形与受荷特征进行研究。研究结果表明:围岩非对称大变形隧道围岩前期变形速度快,稳定持续时间长,水平收敛值大;围岩压力前期增加速率快,变化持续时间长,水平围岩压力大、最大值出现在围岩较差一侧拱肩处;钢拱架在围岩较好一侧拱肩处出现压应力集中,在围岩较差一侧拱肩处出现拉应力集中,钢拱架扭曲变形严重;喷射混凝土在围岩较差一侧承受较大的拉应力,且超过混凝土的抗拉强度,大面积开裂剥落,围岩较好一侧压应力较大,但其值未超过C20喷射混凝土抗压强度;围岩非对称大变形隧道设计时应加大围岩较差一侧超前支护强度,加大预留变形量,加强初期支护,施工时宜采用预留核心土的三台阶开挖方法。     

隧道围岩卸荷演化过程的Kolmogorov熵分析

岩石材料本质上是一种物理非线性的材料,在深埋条件下,隧道围岩系统的变形还表现出几何非线性,这两种非线性机制的相互作用使得围岩系统的卸荷演化具有高度的复杂性。根据重庆某深埋隧道围岩实际情况,建立了摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,运用三维显式有限差分程序FLAC3D软件,采用大变形方法对深埋隧道围岩系统卸荷进行数值仿真,同时基于耗散结构理论,对深埋隧道围岩系统卸荷演化的双重非线性数值计算结果行整合,提取了围岩系统演化过程中特征点演化时间序列的Kolmogorov熵值,判断了系统演化的混沌特性及其对初始条件的敏感性,分析了系统卸荷过程的能量耗散特征,研究了围岩的失稳机制。     

山岭隧道超浅埋段开挖围岩变形分析

随着我国公路、铁路建设的大力发展,山岭隧道洞口段、冲沟段、沟谷等地段的超浅埋问题严重威胁着隧道施工及运营期的安全。本文以某超浅埋山岭隧道为分析对象,采用了数值模拟和现场监测的手段,对超浅埋隧道在开挖条件下围岩的变形进行分析。分析结果表明：当隧道埋深小于2倍隧道直径时,埋深越浅隧道开挖后拱顶下沉位移量越大;超浅埋隧道开挖后围岩的变形可分为三个阶段,即变形急增阶段、变形缓慢阶段和变形平稳阶段;其中,第一阶段围岩产生的变形最大,是隧道开挖过程中重点关注的一个阶段。最后,通过对比分析发现,实际监测数据与模拟结果变化趋势基本吻合,模拟结果的累积变形值略大于实际监测结果,这是因为监测工序晚于开挖工序。因此,掌握超浅埋隧道在开挖过程中的围岩变形规律,并制定科学合理的开挖支护措施对隧道的安全十分重要。本文的研究是基于工程实例开展的,其研究成果对同类工程具有指导意义。     

施工阶段隧道围岩快速分级法

现阶段隧道围岩分级工作主要在勘察设计阶段进行,但由于受周边环境及勘察手段的限制,分级结果往往与围岩实际情况不符。为准确获得隧道围岩等级,基于声波-回弹联合测试法,建立"BP神经网络模型"在施工阶段快速预测岩石强度(R_c),利用掌子面炮孔进行岩体纵波波速测试并通过公式计算完整性系数(K_v)后,得到基于岩体基本质量指标(BQ)的施工阶段围岩快速分级法,并以宝汉高速石门隧道为依托在施工阶段对围岩进行分级。结果表明:建立的BP神经网络预测模型可实现岩石强度的现场快速无损预测,预测结果具有较高准确度;根据岩体纵波波速测试结果,可实现岩体完整性系数的定量计算,进而完成石门隧道施工阶段围岩快速分级,对比勘察阶段的分级结果,施工阶段所获得的分级结果更加精确。     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例分析

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算,同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证,研究结果表明：(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算;同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证。研究结果表明:(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。     

火车岭隧道软弱围岩大变形特征及机理分析

在现场调研、工程地质勘察及隧道监控量测的基础上,研究了十漫高速公路火车岭隧道施工中出现的大变形问题,通过分析该隧道变形破坏特征,从围岩岩性条件、地下水条件及地应力条件等因素对该隧道大变形机制进行了研究,结果表明,大变形为围岩塑性流动及围岩膨胀变形的综合作用.提出了综合治理措施,以确保隧道安全顺利贯通.     

基于隧道施工诱发地表沉降随机介质理论预测模型的拓展

为了对隧道开挖过程中产生的地表位移变形大小有一个准确合理的预估,基于随机介质理论法推导了隧道不同断面形式下的非均匀收敛预测模型.利用实测沉降值,采用并行退火遗传算法对模型中主要参数识别的复杂非线性问题进行优化.依托西安地铁八号线区间隧道(电子城站—东仪路站)工程案例,对马蹄形隧道的预测模型进行验证,并采用MIDAS/G...