基于正交试验的隧道开挖面位移释放分析

针对目前关于位移释放系数的计算方法比较复杂的问题,基于二次回归正交组合试验设计方法,提出了位移释放系数公式构建方法,应用该方法对静水应力场中圆形隧道进行了一系列数值试验,建立了考虑多个因素的开挖面位移释放系数拟合公式,比较了各影响因素的敏感性大小.通过数值算例和工程实例分析,初步验证了该方法的有效性.研究结果表明:对于不同级别岩体,同一因素对开挖面位移释放系数的影响程度不一;地应力水平、岩体扰动、地质强度指标、H-B常数和泊松比对开挖面位移释放系数的影响较大,而岩石单轴抗压强度和变形模量影响较小.     

基于软破围岩锚喷支护位移理论的隧道支护时间分析

从软破围岩锚喷支护位移理论出发,结合野狐岭二号隧道工程实例,运用理论分析和现场监测,研究了软破围岩隧道开挖过程中围岩的时间和空间效应,并对空间围岩位移的释放进行了分析.在此基础上,根据围岩的围岩流变曲线进行合理的支护时间选择.结果表明,软破围岩隧道开挖后的时间和空间效应明显,易产生过大的位移,岩体流变的结果能够导致围岩或支护结构破坏.由于软破围岩存在流变特性,通过现场监测和理论计算,根据位移流变曲线确定合理的二次支护时间,突破了过去经验或类比的支护时间确定方法,相关设计参数与现场实际监测数据非常吻合.     

基于软破围岩锚喷支护位移理论的隧道支护时间分析

从软破围岩锚喷支护位移理论出发,结合野狐岭二号隧道工程实例,运用理论分析和现场监测,研究了软破围岩隧道开挖过程中围岩的时间和空间效应,并对空间围岩位移的释放进行了分析。在此基础上,根据围岩的围岩流变曲线进行合理的支护时间选择。结果表明,软破围岩隧道开挖后的时间和空间效应明显,易产生过大的位移,岩体流变的结果能够导致围岩或支护结构破坏。由于软破围岩存在流变特性．通过现场监测和理论计算,根据位移流变曲线确定合理的二次支护时间,突破了过去经验或类比的支护时间确定方法,相关设计参数与现场实际监测数据非常吻合。     

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明：适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.     

浅埋软弱破碎围岩隧道变形监测与分析——以贵州省三穗至黎平高速公路的锦所隧道为例

锦所隧道为贵州省三穗至黎平高速公路的控制性工程之一,隧道ZK88+078~ZK88+110段原设计为双侧壁导坑法开挖,但该段岩层为强风化层,属极软岩类,开挖后发生了小范围的坍塌,因此设计变更为CRD工法开挖。在2工法开挖中对隧道的沉降进行了监测,分析了监测数据,并基于最小二乘法,用三次曲线模型对沉降数据进行了拟合。结果表明:在控制浅埋软弱破碎围岩隧道变形方面,CRD工法优于双侧壁导坑法;三次曲线能很好地拟合沉降数据,R~2均大于95%,拟合结果能为后续的施工提供指导;采用双侧壁导坑法时,第一部分导洞的开挖,地表沉降变化非常大,施工中需特别注意此阶段的及时支护;采用CRD工法开挖时上部导洞的开挖导致地表沉降量占总沉降量的一半以上。     

基于UrbanSim的城市居住与就业空间互动模拟——-以宜昌市为例

以宜昌市为例, 从居住空间和就业空间的互动关系入手, 采用基于微观模拟的大尺度城市模型UrbanSim, 模拟城市未来的空间动态。结果表明, 2010?2015年, 宜昌市的人口和就业共同向沿江重点城镇化区域集聚。通过家庭区位选择模型和就业区位选择模型的标定, 以共享影响因素的形式, 突破了UrbanSim在家庭区位选择模型和就业区位选择模型上分离执行的局限, 从微观个体层面实现了居住空间与就业空间的互动机制。     

基于多尺度统计模型的居民主观幸福感差异研究——以郑州市为例

地理学视角的主观幸福感研究聚焦于识别地理环境如城市建成环境、社区居住环境等对居民主观幸福感的影响,但往往忽略居民幸福感在微观个体、社区、街道等不同尺度上的系统性差异.同时,以往研究侧重从统计显著性视角识别居民主观幸福感的影响因素,缺少对主观幸福感影响因素集相对贡献的量化研究.基于此,本文构建了一个主观幸福感的居民-社区-街道多尺度统计模型,同时对居民主观幸福感在微观个体、社区和街道尺度上的差异进行系统建模,并将基于博弈论的Shapley Values方法引入多尺度统计模型,以量化不同影响因素集对主观幸福感的相对贡献程度.研究结果表明：郑州市居民主观幸福感在微观个体、社区、街道尺度上均存在着显著差异,主观幸福感的差异程度排序为个体尺度(约83.9%)>社区尺度(约12.1%)>街道尺度(约4%);居民对社区舒适性的感知作为影响居民主观幸福感最重要的因素集,贡献了约39.7%的模型解释能力,约是个人家庭属性变量组解释能力的3倍.     

基于SD法的城市空间宜居性认知分析——以郑东新区为例

随着社会的不断发展,居民开始追求更高品质的生活舒适性,城市不仅是人口聚居地,更是为居民提供良好宜居空间的物质载体.以开发尽十余年的郑州市郑东新区为例,在分析城市形态的基础上,采用城市意象和SD法相结合的方法,从城市空间形态和城市精神两个层面,进行了郑东新区的城市空间适宜性评价.通过城市居民的认知反应,发现城市空间的宜居性是和城市社会精神紧密相连的,在进行城市细节规划设计时,应充分考虑城市社会精神,为城市新区的建设和完善提供更好的方法和思路.     

基于熵值法的城市建设用地结构效应研究——以山东省地级市为例

在明确城市建设用地结构效应概念的基础上,构建了相应的指标体系,以山东省17个地级市为研究样本,运用熵值法计算出用地结构效应特征指数．结果表明,①用地效益和用地强度指数在城市间差异明显;用地功能指数差异性最小．②从指数间关系来看,用地弹性指数和环境效应指数相关性最大;用地功能指数高的城市中存在低效和高效扩张并存的现象,用地功能指数低的城市中存在集约化与低水平发展的区别．利用系统聚类法将17个城市分为高效集约型、高效协调型、高效与环境压力型、低速扩张型、粗放扩张型和低效发展型等6个类型．     

明垭子软岩隧道围岩稳定性评价

以明垭子软岩隧道为工程依托,结合现场围岩岩性应用理论分析得出隧道围岩变形的理论极限位移,通过FLAC数值模拟软件建立相应的计算模型,分析了现场施工引起的隧道围岩变形值,根据位移评判依据来评判隧道的稳定性,通过现场监测分析明垭子隧道围岩的变形特点。研究结论对软岩隧道的安全施工有一定的参考价值。     

基于深度学习的东天山特长隧道围岩等级预测

位于中国西北部的东天山地区,拥有着复杂的地质条件,因此如何快速准确预测隧道掌子面前方的围岩质量的难度增大,准确客观反映岩体基本特性的围岩分类是隧道设计与施工的重要参考依据。旨在建立一种能客观准确评价东天山地区工程地质环境及预测围岩等级的方法,依托在建东天山隧道项目。首先,选取东天山特长隧道已开挖典型地质区段,以工程地质分区、高关联度物探技术参数指标及物探偏移图像为基础,组成机器学习训练样本;其次,采用Python语言基于TensorFlow深度学习框架编写深度学习网络算法训练样本,建立围岩类别预测模型;再次,采用新开挖段数据不断验证与优化模型;最后,将预测精度最高的模型推广应用于天山地区隧道围岩类别预测,结果表明联合隧道散射地震成像(tunnel seismic tomography, TST)偏移图像、地质分区与物探指标数据集训练出来的模型效果最好。     

基于Hock-Brown准则的层状岩体隧道开挖响应分析

利用Hoek-Brown准则描述岩体的强度特征,并建立相应隧道开挖的数值计算模型,分析不同侧压系数时层状岩体的变形破坏特征.研究结果表明,隧道边墙水平位移随侧压系数K的增大而增大,但当K为2.0-2.5时,位移随侧压系数的变化幅度逐渐减小;顺层岩体一侧的水平位移大于逆层一侧的水平位移;当侧压系数较小时,顶板沉降量大于底板回弹量,当侧压系数较大时,二者之间的差别较小;隧道围岩的破坏形式包括剪切破坏和拉伸破坏,当侧压系数较小时,破坏区域较小,主要位于隧道的左上部;随着侧压系数的增大,围岩的破坏区域逐渐增大,但主要部位仍位于隧道的左上部,而右上部的破坏区域较小.     

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.     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化

针对高地应力软岩隧道大变形问题,对中国西北地区某高速公路隧道围岩变形监测、钢拱架应力、围岩压力等项目进行现场监测,探讨不同施工阶段围岩的变形规律和受力特点,并通过数值模拟对不同钢架间距的围岩变形控制效果进行对比分析。结果表明:上台阶开挖阶段是围岩变形增长迅速的阶段,上台阶和中台阶开挖导致的围岩变形量占总变形量的70%;初期钢架主要以受压为主,上台阶及中台阶应力均大于下台阶应力,上台阶及中台阶的初期支护承担了更大的荷载,上台阶和中台阶应"快速通过,及时支护";施工时可采用"先让后抗"的方法,适当加大预留变形量以缓解初支压力,当围岩变形速率减缓时,可提前施做二衬;数值模拟表明当初期支护参数采用I22b工字钢,间距0. 75 m,加4 m长锁脚锚杆,可以经济有效地控制围岩变形。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

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。     

锚注支护巷道围岩变形的粘弹性分析

锚注支护是一项维护围岩稳定的新技术.根据锚注支护机理,将注浆锚杆简化为作用于圈岩的一种体积力,并将注浆作用看作为对围岩力学性能的改善,从而建立了锚注支护计算的力学模型.依据围岩流变特性的试验结果,选择了一个合适的流变模型.最后应用粘弹性理论,分析了对具有流变特性围岩,锚注支护在维护其稳定性方面的作用.计算结果表明,锚注支护对维护流变性围岩稳定的效果显著.     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

基于压力拱理论的深埋节理岩体隧道围岩压力研究

为研究节理岩体隧道围岩压力计算方法,以隧道压力拱理论为基础,通过离散元数值模拟分析了岩体的坚硬程度、完整程度和结构面的抗剪强度对隧道压力拱的影响,应用多元线性回归拟合了多因素围岩压力公式,并结合依托工程对拟合公式进行了适用性分析。结果表明：节理岩体隧道压力拱范围为拱顶到最大主应力方向的偏转点,隧道压力拱高度随着节理间距和结构面的抗剪强度的增大而减小,岩体力学参数对压力拱高度的影响较小;与现场实测的围岩压力相比,计算误差在15％以内。所提围岩压力公式适用性良好,为节理岩体的围岩压力计算提供了新的思路。