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基于随钻参数和掌子面图像信息融合的大断面隧道围岩智能分级模型
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作者 王明年 夏覃永 +2 位作者 林鹏 孙鸿强 易文豪 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期103-115,共13页
为在施工阶段快速、准确地判识隧道围岩级别,提出一种利用随钻参数和掌子面高清数码图像2类多源异构数据进行信息融合的围岩分级模型。以位于山区的2座钻爆法大断面隧道工程为背景,采集随钻参数和掌子面高清数码图像样本各807份,对2类... 为在施工阶段快速、准确地判识隧道围岩级别,提出一种利用随钻参数和掌子面高清数码图像2类多源异构数据进行信息融合的围岩分级模型。以位于山区的2座钻爆法大断面隧道工程为背景,采集随钻参数和掌子面高清数码图像样本各807份,对2类样本信息进行针对性处理;利用处理后的数据,基于随机森林模型和Inception-v3模型训练,分别建立随钻参数围岩智能分级模型和掌子面高清数码图像围岩智能分级模型;运用信息融合技术对2类数据进行特征融合,构建随钻参数和掌子面高清数码图像信息融合的围岩分级模型;依托背景工程对3种模型进行验证与对比。结果表明:在相同的样本条件下,融合分级模型的性能最好,准确率为94.48%,平均召回率为91.52%,平均精确率为91.13%,平衡F分数为91.20%;通过现场试验进一步对比3种模型在全新样本上的性能表现,融合分级模型准确率达到92.31%,已具有工程应用价值,能够实现对现场各掌子面随钻参数和掌子面图像的自动处理与信息提取,并对围岩级别做出智能判识。 展开更多
关键词 大断面隧道 围岩分级 随钻参数 掌子面高清数码图像 信息融合
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滇西土质地层大跨公路隧道开挖面稳定性及开挖工法研究
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作者 张俊儒 马荐驰 +3 位作者 陈鹏涛 张思睿 颜志坚 冯冀蒙 《中国公路学报》 北大核心 2025年第9期242-254,共13页
大跨度公路隧道在软弱土质地层施工时,开挖面的稳定性问题一直是工程领域的关注重点。依托大(理)南(涧)高速公路五茂林隧道,建立考虑台阶虚拟支护力的对数螺旋线失稳破坏模型,对失稳段进行开挖面稳定性研究,并通过强度折减法及现场试验... 大跨度公路隧道在软弱土质地层施工时,开挖面的稳定性问题一直是工程领域的关注重点。依托大(理)南(涧)高速公路五茂林隧道,建立考虑台阶虚拟支护力的对数螺旋线失稳破坏模型,对失稳段进行开挖面稳定性研究,并通过强度折减法及现场试验验证工法转换有效性。结果表明:失稳段台阶虚拟支护力与维持稳定开挖面支护力所做功率比值仅为0.77,无法满足开挖面稳定性要求;随着隧道开挖跨度和进尺的增加,开挖面稳定系数显著下降;采用三台阶开挖时,开挖跨度由14m增至18m时,稳定系数降低了47.3%;开挖进尺从0.5m增至1.5m时,稳定系数降低了35.6%;针对不同土质地层,内摩擦角对于开挖面稳定性贡献大于黏聚力。数值模拟结果表明:采用三台阶七步法相较于三台阶法,开挖面最大挤出量和超前核心土预收敛变形分别降低了45.5%和48.2%,开挖安全系数由0.81提升至1.14,开挖面稳定性显著增强。现场试验表明:三台阶七步法实施后初支结构安全,拱顶沉降变形得到了有效控制。基于上述研究,建议滇西土质地层中隧道开挖跨度超过15m时,开挖工法由三台阶法转为三台阶七步法,通过预留核心土以确保施工安全与稳定性。 展开更多
关键词 隧道工程 大跨隧道 极限分析上限法 开挖面稳定性 安全系数
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基于隧道围岩精细化分级的隧道破坏模式自动计算方法
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作者 王明年 袁硕 +2 位作者 钟浩 于丽 王旭 《铁道技术标准(中英文)》 2025年第1期24-30,共7页
原有隧道围岩分级主要依托多种方法对掌子面进行单一分级,通过实验及数值计算可以获取对应围岩破坏模式并给予对应的支护设计,随着围岩精细化分级技术的发展,现场施工能够获取大量单一围岩分部位精细化分级数据以供精细化设计使用,但手... 原有隧道围岩分级主要依托多种方法对掌子面进行单一分级,通过实验及数值计算可以获取对应围岩破坏模式并给予对应的支护设计,随着围岩精细化分级技术的发展,现场施工能够获取大量单一围岩分部位精细化分级数据以供精细化设计使用,但手动计算分析大量不同工况所需的成本过高。本文在围岩三维精细化分级结果的基础上,对隧道围岩横、纵向岩体非均匀性进行分析并实现自动化数值计算模型,可将围岩三维精细化分级结果作为输入,对大量非均匀工况自动完成计算并实现自动化记录。同时,本文对最终计算结果进行可视化分析,其结果显示:围岩非均匀性将导致单一围岩级别掌子面对应多种破坏模式,以及破坏模式随围岩等级增大而发生过渡变化。 展开更多
关键词 隧道 围岩分级 精细化设计 自动化 数值计算
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地震工况下偏压小净距隧道围岩压力计算方法
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作者 魏雯 许雨枫 +1 位作者 邓涛 林歆韬 《武汉理工大学学报》 2025年第4期47-52,共6页
基于条分法通过引入水平地震系数,建立了一套地震工况下偏压浅埋小净距隧道围岩压力的计算方法,并推导出了解析解。结果表明:与规范法进行对比,文中方法能够计算出水平地震力作用下水平侧压力的差异;先行洞外侧及后行洞内侧的竖向围岩... 基于条分法通过引入水平地震系数,建立了一套地震工况下偏压浅埋小净距隧道围岩压力的计算方法,并推导出了解析解。结果表明:与规范法进行对比,文中方法能够计算出水平地震力作用下水平侧压力的差异;先行洞外侧及后行洞内侧的竖向围岩压力与地震力系数成正比,水平侧压力随之减小;先行洞内侧与后行洞外侧的的竖向围岩压力与地震力系数成反比,而水平侧压力随之增大。 展开更多
关键词 公路隧道 抗震性能 围岩压力 水平地震系数 偏压浅埋隧道
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寒区浅埋隧道围岩非稳态温度场解析研究
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作者 余俊 姜岸 李东凯 《冰川冻土》 2025年第2期441-452,共12页
寒区围岩冻融循环等地质灾害对隧道结构稳定性的影响不可忽略,因此,对寒区浅埋隧道围岩非稳态温度场进行了解析研究。运用保角变换将隧道围岩区域转换为圆环区域,基于叠加原理将非稳态热传导方程分解为一个稳态热传导方程和一个非稳态... 寒区围岩冻融循环等地质灾害对隧道结构稳定性的影响不可忽略,因此,对寒区浅埋隧道围岩非稳态温度场进行了解析研究。运用保角变换将隧道围岩区域转换为圆环区域,基于叠加原理将非稳态热传导方程分解为一个稳态热传导方程和一个非稳态热传导方程,运用分离变量法和变量代换得到了隧道围岩非稳态温度场的解析解。将解析解与有限元数值模拟的结果及已有文献进行对比,发现解析结果与二者均吻合较好,验证了解析解的正确性。对解析解进行参数分析,发现围岩热扩散率的增大及隧道半径的增加均会加快围岩的导热过程,隧道埋深的增加则会减慢拱顶导热过程;对隧道衬砌法向的非稳态温度场进行对比分析,发现随着所分析法线段的平缓,与隧道衬砌距离相同的点趋于稳态时的温度变化增加,距隧道衬砌越远的点稳态时的变温幅度越高,隧道围岩温度的角向分布呈现弱对称性;对隧道拱顶温度场非稳态分量进行分析,发现越靠近隧道拱顶,且热传导所经时间越短,隧道拱顶温度场中非稳态分量在温度场解析解中占比越大。该研究对寒区隧道结构的温度响应预测有一定参考意义。 展开更多
关键词 浅埋圆形隧道 非稳态温度场 保角变换 分离变量法 变量代换 解析解
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TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度数值模拟研究——以穗莞深城际铁路西宝区间隧道掘进为例
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作者 梁晓亮 杨宇 +1 位作者 刘伟 鄢海涛 《科技和产业》 2025年第11期40-46,共7页
采用TBM(隧道掘进机)在硬岩中掘进需要一定的安全覆岩厚度以保持围岩自稳,但安全覆岩厚度过大会增加隧道设计总长度,造成造价上升。因此,研究TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度具有重大工程意义。依托穗莞深城际铁路西乡站—宝安站双模... 采用TBM(隧道掘进机)在硬岩中掘进需要一定的安全覆岩厚度以保持围岩自稳,但安全覆岩厚度过大会增加隧道设计总长度,造成造价上升。因此,研究TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度具有重大工程意义。依托穗莞深城际铁路西乡站—宝安站双模盾构隧道工程案例,通过数值模拟研究不同围岩等级参数下最小安全覆岩厚度的变化规律。结果表明:当采用拱顶位移法模拟时,如果隧道围岩等级为Ⅱ级或Ⅲ级,软土厚度为隧道直径的0~3倍,那么最小安全覆岩厚度则为隧道直径的0.2~1.2倍。当采用压力拱法模拟时,如果覆岩等级为,Ⅱ级或Ⅲ级,软土厚度为隧道直径的1~3倍,最小覆岩厚度与埋深的比值随着硬岩厚度增加呈现先增大后减小趋势,比值最大为0.39;覆岩等级为Ⅳ级、软土厚度为隧道直径的1~3倍时,最小覆岩厚度与埋深比值始终随着硬岩厚度增加而减小,比值最大为0.42。研究结论可为TBM安全掘进硬岩隧道提供工程指导。 展开更多
关键词 最小安全覆岩厚度 TBM(隧道掘进机) 压力拱 数值模拟
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上土下岩超大跨隧道安全覆岩厚度复变函数解析计算 被引量:2
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作者 陈鹏涛 张俊儒 +4 位作者 潘童 颜志坚 孙文昊 刘爱武 冯冀蒙 《中国公路学报》 北大核心 2025年第5期158-171,共14页
浅埋超大跨硬质岩隧道的稳定性及失稳机理一直是工程界关注的重点。以胶州湾第二海底隧道正线与匝道并线超大跨段为工程依托,针对上土下岩复合地层中超大跨隧道拱顶上覆薄层岩板的开挖稳定性问题,将其简化为半无限空间内的平面开孔力学... 浅埋超大跨硬质岩隧道的稳定性及失稳机理一直是工程界关注的重点。以胶州湾第二海底隧道正线与匝道并线超大跨段为工程依托,针对上土下岩复合地层中超大跨隧道拱顶上覆薄层岩板的开挖稳定性问题,将其简化为半无限空间内的平面开孔力学模型,同时考虑岩土交界面的外部荷载及初始地应力进行了弹性解析计算分析;利用共形映射变换及复变函数求解方法得到了岩体的应力及位移解,并与有限元解进行对比,验证了该解析模型及求解方法的正确性。在此基础上,基于摩尔-库仑屈服准则,分析围岩的剪切破坏状态,最终得到了围岩状态随覆岩厚度的变化规律。研究结果表明:随着拱顶覆岩厚度的减小,当覆岩厚度大于2 m时,围岩的变形变化较为平稳,应力主要向边墙传递,并在墙角位置产生集中,隧道开挖后有显著的拱效应,围岩能够自稳;当覆岩厚度进一步减小,围岩变形程度加剧,应力逐渐向拱部集中,剪切破坏区率先出现在岩土交界面的隧道中轴线两侧,当拱顶覆岩厚度持续减小至0.8 m时,尽管洞周仍未出现剪切破坏区,但由于岩土交界面和隧道拱部的突变式下沉,岩土交界面产生了明显的受拉破坏区域,岩体已失稳,难以直接进行开挖支护施工。 展开更多
关键词 隧道工程 围岩稳定性 保角映射变换 复变函数解析 复合地层 超大跨隧道 拱顶覆岩
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基于动态线性分段表示的钻进参数围岩分级特征提取方法 被引量:1
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作者 何永义 王明年 +5 位作者 凌学鹏 易文豪 夏覃永 李泽星 童建军 赵思光 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期96-106,共11页
依托来自宜昌—郑万高铁联络线隧道工程的1 765份钻进参数样本,在分析钻进参数时序曲线特征的基础上,结合贝叶斯置信区间检验方法、动态线性分段表示方法、卡尔曼滤波方法和线性分段均值处理方法,提出一种基于动态线性分段表示的钻进参... 依托来自宜昌—郑万高铁联络线隧道工程的1 765份钻进参数样本,在分析钻进参数时序曲线特征的基础上,结合贝叶斯置信区间检验方法、动态线性分段表示方法、卡尔曼滤波方法和线性分段均值处理方法,提出一种基于动态线性分段表示的钻进参数围岩分级特征提取方法;对比该方法处理前后掌子面钻进参数样本的离散性和差异性,以及采用该方法处理前后6种不同机器学习算法下的围岩分级模型准确性,验证该方法的应用效果。结果表明:钻进参数时序体现出明显的纵向分段、区间波动和随机离散特征;采用该方法处理后,相同围岩级别下的样本数据标准差平均降低28.72%~82.68%,不同围岩级别下的样本类间距离均值提升66.79%~77.37%,6种机器学习算法下围岩分级模型得到的分级准确率由85.3%~88.8%提高到88.1%~89.9%。作为一种基础数据处理方法,该方法能够避免各种非地质因素对围岩分级精度的影响,较好地体现了钻进参数和围岩质量间的良好响应关系,并提升了具体实践中的围岩质量评价准确性。 展开更多
关键词 隧道 围岩分级 钻进参数 时间序列 动态线性分段表示 贝叶斯置信区间检验 卡尔曼滤波
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软弱地层隧道围岩承载环抗力计算 被引量:1
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作者 苏雅 苏永华 +2 位作者 刘阳阳 李明 罗彪 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期141-150,共10页
软弱地层中隧道锚喷支护的力学效果主要是形成基于空间边界附近围岩的承载环.利用岩体评级(RMR)系统中的相关因素与岩体地质强度指标(GSI)所涉及要素之间的对应关系,建立了GSI各项要素指标及其总值确定的简明途径.利用岩体内摩擦角、黏... 软弱地层中隧道锚喷支护的力学效果主要是形成基于空间边界附近围岩的承载环.利用岩体评级(RMR)系统中的相关因素与岩体地质强度指标(GSI)所涉及要素之间的对应关系,建立了GSI各项要素指标及其总值确定的简明途径.利用岩体内摩擦角、黏聚力与霍克-布朗(Hoek-Brown,H-B)准则常数ms、s及a的等效换算关系,结合拉布西维兹剪切楔体滑移失稳模式,导出了基于H-B非线性屈服准则的承载环抗力及其稳定安全系数计算表达式.实例分析计算结果显示,基于H-B准则计算获得的承载环安全系数与实际情况更为接近,而基于Mohr-Coulomb(M-C)准则的安全系数则过于保守.承载环力学机制及其总体特征由岩体自身力学属性及锚喷拱架支护结构协同决定.锚杆长度控制承载环厚度,其与承载环抗力首先正相关,超过一定值后,转变为负相关.拱架的主要效能在于避免围岩早期出现过大变形松散,喷射混凝土是承载环紧固力(围压)的主要贡献者.岩体力学属性是承载环抗力大小的控制性要素. 展开更多
关键词 岩体力学 隧道工程 锚喷支护 霍克-布朗准则 承载环 安全系数
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钙源和Ca^(2+)浓度对EICP固化钙质砂效果影响的试验研究 被引量:1
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作者 姜启武 黄明 +3 位作者 崔明娟 宋卿 许凯 李爽 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期908-918,共11页
酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP)是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果。为定量化分析钙源对EICP固化钙质砂的影响,本文开展了不同钙源(氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、硝酸钙)和不同Ca^(2+)浓度(0.25 M、0.5 M、0.75 M、... 酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP)是一种环保高效的土体加固技术,钙源的种类可能会影响其加固效果。为定量化分析钙源对EICP固化钙质砂的影响,本文开展了不同钙源(氯化钙、醋酸钙、乳酸钙、硝酸钙)和不同Ca^(2+)浓度(0.25 M、0.5 M、0.75 M、1 M)的砂柱固化试验和水溶液试验。通过无侧限抗压测试、渗透性测试、碳酸钙生成量测定、SEM微观分析,从宏观和微观角度对EICP固化钙质砂的效果进行探讨和分析。结果表明:在钙离子浓度较高时(Ca^(2+)=1 M),氯化钙作为钙源固化出的强度较高,在钙离子浓度较低时(Ca^(2+)≤0.75 M),硝酸钙作为钙源固化出的强度较高;在减小试样渗透性方面:醋酸钙>氯化钙>硝酸钙>乳酸钙,醋酸钙作为钙源固化出的试样渗透性下降最明显;不同钙源在水溶液中的反应速度大致为:硝酸钙>氯化钙≈乳酸钙>醋酸钙;不同钙源下沉淀产物的晶体类型和微观形貌有区别,氯化钙、醋酸钙作为钙源所形成的碳酸钙晶体形态为菱形,乳酸钙作为钙源生成的碳酸钙晶体形态为三角形且尺寸较小,醋酸钙作为钙源生成的碳酸钙晶体形态呈现多个小球包裹所形成的不规则球状。 展开更多
关键词 酶诱导碳酸钙沉淀技术(EICP) 钙质砂 钙源 无侧限抗压强度 渗透性 微观机理
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考虑水土参数变异性的盾构隧道开挖面支护力设计方法 被引量:1
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作者 胡子威 雷明锋 +3 位作者 张运波 肖凤龙 杨鹏亮 贾朝军 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期259-271,共13页
随着隧道工程技术的发展,稳健性设计已成为确保工程安全与效率的关键。鉴于传统的确定性计算无法充分考虑地层和水力参数空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性影响的问题,采用随机场理论,充分考虑地层参数的空间变异性及其自相关性的影响... 随着隧道工程技术的发展,稳健性设计已成为确保工程安全与效率的关键。鉴于传统的确定性计算无法充分考虑地层和水力参数空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性影响的问题,采用随机场理论,充分考虑地层参数的空间变异性及其自相关性的影响。基于极限上限分析定理,采用三维空间离散技术,构建不确定性条件下盾构隧道开挖面三维螺旋破坏机构模型。在此基础上,通过结合三维离散破坏机构的速度场和功率平衡方程,建立不确定性条件下盾构隧道开挖面支护力的计算方法,并与相关研究进行了对比验证。之后,开展了地层和水力参数不确定性对隧道开挖面失效概率的影响分析。在此基础上,提出适用于工程的盾构隧道开挖面支护力稳健性设计方法,并开发快速计算程序。最后,结合工程案例,应用所提出的设计方法进行分析设计,并与工程实践进行对比。研究结果表明:不确定性条件下盾构隧道开挖面支护力计算方法在确定性与不确定性分析中均可靠;孔隙水压力系数变异性的影响较摩擦角和黏聚力的变异系数更大;变异系数和自相关距离的增大使随机计算的支护力分布更离散。提出的盾构隧道开挖面支护力稳健性设计方法和工程实测结果吻合较好,可为相关工程施工与设计提供指导。 展开更多
关键词 随机场理论 开挖面稳定性 三维上限分析 稳健性设计
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峡谷风影响下的铁路隧道洞口紧急救援站火灾烟气控制技术研究
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作者 霍建勋 于丽 +1 位作者 王明年 赵思光 《铁道学报》 北大核心 2025年第11期232-240,共9页
在长大铁路隧道或隧道群洞内或洞口设置紧急救援站是保障火灾发生时人员安全疏散的关键措施。当铁路隧道位于高山峡谷地区时,峡谷风则较为常见,目前的洞口紧急救援站机械通风设计中,主要考虑隧道内自然风带来的自然风压,对隧道外峡谷风... 在长大铁路隧道或隧道群洞内或洞口设置紧急救援站是保障火灾发生时人员安全疏散的关键措施。当铁路隧道位于高山峡谷地区时,峡谷风则较为常见,目前的洞口紧急救援站机械通风设计中,主要考虑隧道内自然风带来的自然风压,对隧道外峡谷风的影响考虑不多。基于此,开展典型峡谷地形隧址区的峡谷风现场测试,通过统计分析给出测试地区的峡谷风设计参数建议值;通过峡谷风影响下铁路隧道群明线段火灾模型试验和数值模拟分析,探明峡谷风风速及风偏角对明线段火灾烟气蔓延的影响规律,并给出洞口紧急救援站机械通风设置条件及机械通风风速设计参数建议值。结果表明:随着峡谷风风速的增大、风偏角的减小,火灾烟气扩散长度减小,对隧道洞口紧急救援站设计是有利因素,考虑峡谷风风速0~14.5 m/s、风偏角0°~60°条件下,机械通风设置条件为明线长度为130~170 m,且机械通风风速也能相应减小。研究成果可提升铁路隧道洞口紧急救援站火灾烟气控制技术水平,为机械通风优化设计提供参考。 展开更多
关键词 铁路隧道 洞口紧急救援站 峡谷风 火灾烟气扩散长度 风机风速 风偏角
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基于模型分级概率的围岩亚级智能分级方法研究
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作者 赵思光 王明年 +3 位作者 童建军 霍建勋 夏覃永 彭鑫 《铁道学报》 北大核心 2025年第11期222-231,共10页
为进一步提升基于凿岩台车随钻参数的围岩智能分级模型的现场应用性,从构建的围岩智能分级模型输出的分级概率出发,提出基于模型分级概率的围岩亚级智能分级方法。利用支持向量机、随机森林、极限树等多种机器学习方法建立基于凿岩台车... 为进一步提升基于凿岩台车随钻参数的围岩智能分级模型的现场应用性,从构建的围岩智能分级模型输出的分级概率出发,提出基于模型分级概率的围岩亚级智能分级方法。利用支持向量机、随机森林、极限树等多种机器学习方法建立基于凿岩台车随钻参数的围岩智能分级集成学习模型,以围岩基本质量指标(BQ)为纽带,分析模型分级概率向量、围岩基本质量指标、围岩级别(围岩亚级)之间的对应关系,提出基于分级概率的围岩BQ计算方法,由此实现围岩亚级智能分级。结果表明:建立的围岩亚级智能分级方法可在保证原有模型的分级精度下为围岩质量判断提供更多的参考;错判的样本均和实际围岩级别相差一个亚级,进一步说明本文建立的围岩智能分级模型的可靠性。 展开更多
关键词 智能建造 围岩分级 钻进参数 机器学习 次优概率
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节理岩体中大跨隧道围岩变形破坏模式分析 被引量:1
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作者 田皓天 俞缙 +3 位作者 林聪波 王海猛 蔡浩慧 周玮 《华侨大学学报(自然科学版)》 2025年第1期30-37,共8页
运用3DEC离散元软件,建立含不同节理分布的大跨隧道模型。考虑节理的走向、倾角、间距和力学参数等因素,对大跨隧道开挖后无支护的围岩变形破坏情况进行模拟计算,并对大量计算结果进行分析。研究结果表明:大跨隧道围岩开挖后的风险部位... 运用3DEC离散元软件,建立含不同节理分布的大跨隧道模型。考虑节理的走向、倾角、间距和力学参数等因素,对大跨隧道开挖后无支护的围岩变形破坏情况进行模拟计算,并对大量计算结果进行分析。研究结果表明:大跨隧道围岩开挖后的风险部位主要由节理走向与倾角决定,该部位失稳及落块由节理间距和力学参数决定;当考虑双向组合节理时,围岩情况比单向节理更为复杂,隧道围岩的变形破坏形式不仅在横截面上呈现一定规律,并且在隧道轴向上也会有所差异;X向节理主要影响隧道横截面围岩变形破坏的位置,Y,Z向节理则会影响隧道轴线方向的围岩变形分布规律,并且节理倾角愈大,围岩松动范围愈深。 展开更多
关键词 隧道工程 节理岩体 离散元模拟 围岩变形破坏 大跨隧道
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隧道水压爆破中不同轴向装药结构的地表振动响应规律研究 被引量:2
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作者 赵立财 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期172-179,共8页
为探明隧道水压爆破中不同装药结构对地表振动响应特性的影响,依托沈白高速新宾隧道Ⅳ级围岩爆破开挖开展了相关现场试验,对比了常规装药、孔口水间隔装药、孔底水间隔装药及两端水间隔装药条件下爆破诱发地表振动峰值(PPV)及主频(DF),... 为探明隧道水压爆破中不同装药结构对地表振动响应特性的影响,依托沈白高速新宾隧道Ⅳ级围岩爆破开挖开展了相关现场试验,对比了常规装药、孔口水间隔装药、孔底水间隔装药及两端水间隔装药条件下爆破诱发地表振动峰值(PPV)及主频(DF),并借助数值模拟进一步分析了不同装药结构下地表振动响应规律。研究结果表明:相比于常规装药结构,水压爆破转化为爆破振动的能量降低,爆破诱发地表振动PPV减小而DF相对较高;沿隧道掌子面横断面5 m范围内,常规装药结构诱发的振动峰值会超过允许的振动峰值,不利于地表建构物振动安全控制;采用水压爆破时,在炮孔内布设水袋一端,爆炸转化为振动能的比例相对较小,诱发PPV降低;但沿炮孔内布设水袋一端反方向爆破诱发的PPV则相对较高。在隧道掘进爆破作业中,推荐使用两端水间隔装药以保证振动能量的均匀分布,降低炮孔两侧地表振动,从而减小爆破开挖对地表建构物的扰动。 展开更多
关键词 隧道工程 地表振动 水压爆破 装药结构
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弹性软化的深埋泥岩隧道围岩变形特征 被引量:1
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作者 马传明 《铁道建筑》 北大核心 2025年第1期116-120,共5页
隧道围岩含水量的变化对地层力学性质影响显著,易导致隧道变形及衬砌损伤。以一座深埋泥岩地层隧道工程为背景,采用现场监测、室内试验和数值模拟相结合的方法,研究了泥岩地层隧道围岩变形特征及发生机制。建立了与正线隧道断面相同尺... 隧道围岩含水量的变化对地层力学性质影响显著,易导致隧道变形及衬砌损伤。以一座深埋泥岩地层隧道工程为背景,采用现场监测、室内试验和数值模拟相结合的方法,研究了泥岩地层隧道围岩变形特征及发生机制。建立了与正线隧道断面相同尺寸的试验洞,使用多点位移计监测试验洞围岩位移变化情况;对泥岩进行膨胀压力试验,并反演膨胀系数;构建了考虑地层遇水膨胀、软化效应的隧道变形数值分析模型,并结合现场监测数据验证模型的可靠性,分析了不同湿度应力场条件下泥岩地层隧道的变形情况。结果表明:受湿度应力场的影响,泥岩隧道在开挖后,围岩出现了膨胀变形和强度劣化,围岩变形向远离隧道衬砌的方向发展,且呈持续增长的趋势。泥岩遇水软化是围岩变形持续增长的主要原因。 展开更多
关键词 铁路隧道 围岩变形 数值模拟 深埋隧道 泥岩 遇水膨胀 软化效应 试验洞
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浅埋大断面黄土隧道围岩失稳破坏机制研究
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作者 张建哲 严松宏 孙纬宇 《铁道建筑》 北大核心 2025年第6期121-127,共7页
以中卫至兰州铁路白石二号隧道工程为背景,制备黄土相似材料并设计模型试验系统,研究了在先开挖后加载的试验过程下围岩的应力、变形及宏观渐进破坏过程。建立摩尔-库仑本构的缩尺数值模型,对模型试验结果进行对比验证,得出模型试验与... 以中卫至兰州铁路白石二号隧道工程为背景,制备黄土相似材料并设计模型试验系统,研究了在先开挖后加载的试验过程下围岩的应力、变形及宏观渐进破坏过程。建立摩尔-库仑本构的缩尺数值模型,对模型试验结果进行对比验证,得出模型试验与数值模拟结果吻合度较好。结果表明:拱顶土体竖向呈“松动”状态,水平方向呈“楔紧”状态,使得拱顶围岩具有一定自承能力,边墙靠近临空面的土体受开挖扰动明显;开挖阶段,松动围岩的重量是初期荷载的主要来源,加载阶段,大断面黄土隧道围岩渐进破坏过程主要表现为拱顶上部围岩松动区逐渐扩大和边墙处围岩横向收敛变大;隧道加载过程中发生了三次坍塌,由于拱顶上方松动块重量大于围岩的极限抗拉强度而发生第一次坍塌,后两次塌方是围岩沿着“欲成拱”裂缝渐进破坏;整个加载阶段,大断面黄土隧道围岩坍塌区域不仅在竖向范围扩大,而且水平方向也有延伸,呈现出“洋葱状”的分级特征。 展开更多
关键词 铁路隧道 浅埋黄土 围岩失稳破坏 模型试验 数值模拟 破坏过程
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深埋隧道掌子面前方地层三维渗流场解析及涌水量预测分析
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作者 姜启武 黄明 +2 位作者 陈志杰 宋卿 杜广召 《工程地质学报》 北大核心 2025年第4期1522-1530,共9页
隧道开挖面前方水压力和涌水量是隧道工程的重要参数,而二维渗流场理论无法较好地预测隧道开挖面前方三维渗流场的水压力和涌水量。本文基于半球面渗流模型,考虑隧道开挖损伤的影响,应用轴对称法推导了山岭隧道在不同注浆形式下开挖面... 隧道开挖面前方水压力和涌水量是隧道工程的重要参数,而二维渗流场理论无法较好地预测隧道开挖面前方三维渗流场的水压力和涌水量。本文基于半球面渗流模型,考虑隧道开挖损伤的影响,应用轴对称法推导了山岭隧道在不同注浆形式下开挖面前方地层的三维渗流场解析解,并提出了适用于非球状超前注浆体隧道的等效球面积法和等效球体积法两种等代球方法,而后对隧道开挖面涌水量的超前注浆参数展开敏感性分析,确定了开挖面超前注浆的合理参数,最后对减少隧道涌水量的方法展开讨论。结果表明:隧道三维渗流计算模型能较好地反映隧道开挖面前方的涌水量,等效球面积法在圆柱状注浆体隧道中的适用性最高,等效球体积法次之;隧道开挖面涌水量随损伤相对渗透系数的增大而减小,且随着损伤厚度的增大,开挖面涌水量随损伤相对渗透系数的变化越敏感;当超前注浆相对渗透系数k_(m)/k_(g)达到100时,超前注浆相对厚度d_(g)/r_(2)达到1.0时,为安全合理的超前注浆参数。本研究成果能为隧道超前注浆设计提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 三维渗流场 解析解 涌水量 隧道 等效球面积法 等效球体积法
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倾滑断层动态破裂下衬砌隧道动力响应宽频高效模拟
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作者 刘佳乔 刘中宪 孟思博 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第5期1042-1051,共10页
与远场地震动相比,近断层地震动具有上盘效应、速度脉冲等特征,将加剧地下结构震害。提出一种可高效模拟倾滑断层动态破裂—隧道反应全过程的快速多极间接边界元—有限元混合方法(FMM-IBEM-FEM):采用快速多极间接边界元(FMM-IBEM)模拟... 与远场地震动相比,近断层地震动具有上盘效应、速度脉冲等特征,将加剧地下结构震害。提出一种可高效模拟倾滑断层动态破裂—隧道反应全过程的快速多极间接边界元—有限元混合方法(FMM-IBEM-FEM):采用快速多极间接边界元(FMM-IBEM)模拟断层破裂和大尺度场地地震动,发挥其求解精度高、计算存储量小的优势;采用有限元(FEM)精细化模拟隧道及周围近地表场地域,通过施加黏弹性人工边界,将断层错动激发的地震动转化为施加在边界节点上的等效节点力,实现FMM-IBEM计算域和FEM计算域的应力和位移传递。基于所建方法,研究了断层距和断层倾角对近倾滑断层衬砌隧道地震响应的影响。结果表明:地震响应水平分量作用下衬砌隧道环向应力峰值出现在拱肩和拱脚,地震响应竖向分量作用下衬砌隧道环向应力峰值出现在拱腰和拱顶,且存在较大残余应力。当断层距为2000 m时,地震响应水平分量作用下隧道拱脚内壁环向应力峰值相较断层距为0 m对应结果降低54%;90°倾角断层产生的地震动对衬砌隧道影响最为显著,但同时要特别关注小于45°的倾滑断层场地中衬砌隧道的动力响应。 展开更多
关键词 衬砌隧道 动力响应 倾滑断层 边界元法 有限元法
原文传递
基于平行融合图Transformer的岩爆烈度等级预测 被引量:1
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作者 高天祥 苏树智 +1 位作者 朱彦敏 樊腾悦 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第5期2111-2118,共8页
岩爆是地下深部工程中一种破坏性极强的地质灾害,为准确预测岩爆烈度等级,提出了一种基于平行融合图Transformer(parallel fusion graph Transformer,PFGT)的岩爆烈度等级预测方法。首先,该方法利用岩爆数据在欧氏空间中的相似性结构关... 岩爆是地下深部工程中一种破坏性极强的地质灾害,为准确预测岩爆烈度等级,提出了一种基于平行融合图Transformer(parallel fusion graph Transformer,PFGT)的岩爆烈度等级预测方法。首先,该方法利用岩爆数据在欧氏空间中的相似性结构关系构建图结构数据,并通过多重岩爆判据来约束岩爆数据在欧式空间中结构的畸变构建另一种图结构数据,通过平行训练获得岩爆数据的单尺度特征。其次,该方法设计了一种特征融合图Transformer策略,通过融合基于欧式空间和基于岩爆判据的两种图结构数据特征,获得岩爆数据的多尺度特征。该方法能够同时利用单尺度特征和多尺度特征,增强了数据表示能力,在训练过程中使用Transformer进行特征融合使得模型能够更全面地捕捉岩爆数据的优化特征,提升模型性能。通过与传统神经网络和其他机器学习算法相比,PFGT模型的预测准确率为94.87%,优于其他算法,证明了该算法的有效性,为岩爆等级预测提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 图神经网络 岩爆 TRANSFORMER 等级预测
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