城门洞形隧洞弹塑性参数反演方法探讨

本着从实践中寻求解决问题的思想,课题组于2006年针对圆形隧洞提出了一套简单易行的弹塑性参数反演方法。在此基础上,本文基于复变理论将该法进一步推广至城门洞形隧洞,并对强度参数反演的合理性和唯一性进行了探讨。首先以城门洞形隧洞围岩变形的弹性解为基础,推证了拱顶竖向位移和侧壁中点位移之比与弹性模量无关这一结论,进而构建了城门洞形隧洞弹性参数反演理论。随后从实用的角度出发,指出以相同比例将拱顶和侧壁位移的计算值与实测值进行对应作为评价反演结果的标准并不可取,进而根据隧洞开挖应力释放规律,对强度参数反演评价标准进行了改进,并从数学角度出发探讨了强度参数反演的唯一性。最后通过实际工程对城门洞形隧洞弹塑性参数反演方法的适用性和可靠性进行了验证,以期该研究成果能够使岩土工程反演方法更加适用于实际工程。     

黑麋峰工程高压引水隧洞灌浆参数的选择

黑麋峰工程高压引水隧洞最大静水头385 m,并且有两处断层出露,采用钢筋混凝土衬砌,存在高压水劈裂衬砌混凝土和围岩,产生过量渗漏甚至发生渗透破坏的工程破坏问题。现场施工时,通过灌浆试验,合理选择灌浆参数、灌浆工艺,达到了提高围岩抗劈裂强度和防渗性能,经充水工况检验,高压引水隧洞围岩稳定且渗水量小,方法获得成功。     

考虑围岩传热的深埋引水隧洞TBM施工通风模拟

深埋引水隧洞的储热作用及TBM施工过程中的围岩散热导致通风降温除尘十分困难。相关研究仅考虑了隧洞壁面与风流的热交换作用，而忽略了围岩内部热传导的影响；同时，目前有关围岩温度场的研究大多将岩石导热系数视为围岩导热系数，忽略了裂隙填充介质对围岩传热的影响。针对以上两方面的问题，提出基于多边形离散裂隙网络模型的围岩等效导热系数分形分析方法；进而建立综合考虑围岩内部热传导和隧洞壁面与风流的对流热交换的深埋引水隧洞TBM施工通风Euler-Lagrange两相流数学模型。结合实际工程的分析表明该工程围岩等效导热系数为0.47 W/(m?K)，远低于岩石导热系数3 W/(m?K)。将本模型和传统模型的模拟结果与实测数据进行对比，验证了本模型的准确性、一致性和有效性。研究结果可为相关深埋引水隧洞TBM施工通风提供理论指导。     

科技期刊文摘

应用奥地利大型岩土工程数值仿真分析软件FlNAL，对马来西亚BAKUN水电站8条引水隧洞的三种开挖顺序进行了模拟施工过程的三维有限元仿真分析。通过分析，评价了引水隧洞施工期围岩稳定性与支护结构安全性，评价了锚喷结构的支护效果，最终得到了三种方案中最优的开挖顺序，对于类似工程的设计具有指导与借鉴意义。     

大规模引水隧洞群施工方案三维有限元分析

应用奥地利大型岩土工程数值仿真分析软件FINAL[1],对马来西亚BAKUN水电站8条引水隧洞的三种开挖顺序进行了模拟施工过程的三维有限元仿真分析。通过分析,评价了引水隧洞施工期围岩稳定性与支护结构安全性,评价了锚喷结构的支护效果,最终得到了三种方案中最优的开挖顺序,对于类似工程的设计具有指导与借鉴意义。     

土石坝坝基液化土层置换材料关键参数优化

土石坝地震液化可能会引起结构失稳、地基失效等问题,严重威胁工程安全,需要设计采用土层挖除置换的抗液化措施。现有土层置换方案往往根据工程经验进行设计,缺少置换材料的定量化优化分析。本文提出了考虑地震作用下土石坝坝基液化土层的置换材料关键参数优化分析方法,基于实际工程数据,通过数值仿真对土层置换材料进行了优化分析,揭示了置换材料孔隙率、密度、体积模量与剪切模量、黏聚力与内摩擦角四组参数变化对液化的影响规律。结果表明,在土体参数常见取值范围内,孔隙率与密度过小或过大的方案的抗液化效果均较差,模量、内摩擦角较大的方案抗液化效果更好;通过方案比选优化,获得了抗液化效果关键参数的优化数值。随后基于优化参数进行模拟分析,实际工程坝体竖向位移总体得到有效改善,下游坝坡坡率优化率达53.9%,动力计算末液化体积残余值优化率达69.6%。所提出的方法为土石坝置换材料的优化分析提出一种可行手段,对于提高土石坝抗液化性能具有参考意义。     

不同应力环境中软弱夹层对洞室围岩稳定性影响研究

不同应力环境中,软弱夹层表现出不同的力学行为,对地下洞室围岩稳定性与支护结构受力的影响差别明显,本文利用奥地利大型岩土工程分析系统FINAL,系统分析不同类别代表性围岩、不同侧压力条件下软弱夹层对隧洞围岩位移场、应力场、塑性区分布以及喷层受力的影响.由于夹层分布在边墙部位时影响最为明显,本文着重研究夹层分布在边墙部位的情况.通过大量的有限元分析,系统地讨论不同侧压力系数下夹层对隧洞围岩位移场、应力场、塑性区分布与喷层变形与应力的影响,总结洞室关键点位移、围岩应力、围岩塑性区以及喷层应力随侧压力系数的变化关系,得到软弱夹层对围岩位移、支护结构内力一些无量纲的量化指标,提出不同应力条件下软弱夹层对围岩稳定性、支护结构安全性影响的一般规律.     

乌江思林水电站地下厂房洞群的数值仿真分析

本文借助从国外引进的大型岩土工程数值分析软件系统ＦＩＮＡＬ，对乌江思林水电站地下厂房的分期开挖方案与加固施工过程进行了多组数值仿真对比分析，探讨了分期开挖次序、初始地应力场、围岩力学参数以及围岩力学模型对洞周应力与位移的影响，可为其它工程的设计作参考依据。     

基于土体参数的软土基坑支护稳定性分析

在基坑设计及施工过程中,软土参数的大小对基坑支护稳定性有着较大的影响.通过基坑稳定性计算公式及深基坑计算软件,基于软土黏聚力、内摩擦角和重度这3个影响基坑稳定性的主要参数,进行各参数对基坑支护稳定性和经济性影响性分析.研究结果表明,随着软土重度、黏聚力、内摩擦角的增大,基坑稳定性逐渐增大;内摩擦角对基坑稳定性的敏感度最...     

某水厂输水隧洞围岩稳定分析

本文选用Duncan Chang模型 ,采用反演分析等得到的参数 ,对某水厂输水隧道围岩的稳定进行了有限元计算和分析 ,探讨了围岩位移场和应力场的分布规律 ,为该工程施工提供了合理的进尺方案 ,对类似工程有一定的参考价值。     

均质围岩灌浆锚杆应力的近似解析解

灌浆锚杆与岩体介质的耦合机理和支护效果的解析评估，目前尚处于研究进展阶段。本文对全长处于均质围岩塑性屈服区的弹性锚杆，按围岩弹-脆-塑性应力应变关系和Mohr-Coulomb屈服准则，给出了锚杆的应力、位移和介质交界面屈服长度的解析表达式。这一解析模型考虑了锚杆切应力 对围岩的剪切抑制作用。把它应用于Kielder试验洞，计算和实测结果吻合尚好。对Kielder洞探讨了加大杆长的效益，计算表明，加大杆长的效益并不显著，该洞采用1.8 m的杆长是合适的。所提出的解析模型可用于非轴对称地下洞室，是一个较简明的解答，有利于工程初步设计阶段的参数识别，支护荷载及其效果的评估。     

特约文章：复杂隧道围岩结构稳定性及其控制

作为隧道设计的核心问题，隧道围岩稳定性一直是隧道工程界研究的热点问题之一，能否对其准确评价是隧道穿越复杂地质条件安全施工的重要前提。针对该问题，首先通过模型试验对隧道围岩渐进破坏特征进行研究，指出围岩失稳破坏的阶段性特点，并通过对围岩失稳机理的分析，建立了隧道围岩失稳力学模型，提出了围岩失稳范围的确定方法。基于围岩失稳模式，将隧道围岩按其稳定性特点划分为浅层围岩和深层围岩，建立了复合隧道围岩结构模型，揭示了隧道围岩失稳的阶段性本质上是由深层围岩的分组运动所致，并就其结构稳定性特点进行了分析。考虑到地层条件的复杂多变，进一步对不同地层条件下复合围岩结构的表现形式进行了系统研究，提出了砂性围岩的“复合拱”效应和层状围岩的“梁式拱”结构型式以及“多层拱”效应，指出了各自的稳定性特点。最后，提出了复杂隧道围岩稳定性控制原理，研究成果可为隧道安全施工和支护设计提供理论依据。     

地下洞室三维弹塑性动力显式有限元锚杆模拟

锚杆的数值模拟方法是分析地震灾变中锚杆的作用机理及锚杆支护对地下洞室围岩抗震的加固效果的关键。基于地震动荷载作用下锚杆围岩联合受力机理,在对FLAC3D锚杆模拟算法进行一定改进的基础上,提出了一种适用于抗震分析的全长粘结式锚杆模拟方法,并将该方法应用到自主开发的地下洞室三维显式动力有限元程序中,取得较好效果。该方法继承了FLAC3D中对锚杆、锚杆与砂浆接触面、锚固砂浆、砂浆与围岩接触面及围岩本身共5种结构材料的受力破坏情况的详细模拟,但不再进行相邻锚杆计算段之间的受力平衡迭代,而是将各锚杆计算段的受力转移到单元结点上,将锚杆求解与单元求解相统一,从而降低动力求解中锚杆的计算耗时。同时,详细推导了锚杆各结构材料的屈服极限表达式,缩短了锚杆结构材料屈服判断及应力修正耗时。该锚杆模型与FLAC3D中的模型假定不同,认为锚杆变形由围岩变形引起,各锚杆计算段间受力相对独立,受力并不连续,与地震中围岩锚杆的受力情况较吻合。采用该方法对某地下厂房洞室群进行地震动力时程分析,表明该模拟方法提高了求解速度,充分反映了锚杆对围岩的支护效果。     

Research on Robotized Advance Support and Supporting Time for Deep Fully Mechanized Excavation Roadway

To keep coal workers away from the hazardous area with frequent accidents such as the roof fall and rib spalling in an underground coalmine, we put forward the solution with robotized self-moving anchor-supporting unit. The existing research shows that the surrounding rock of the roadway has self-stability, and the early or late support is not conducive to the safe and reliable support of the roadway, so there is a problem of support opportunity. In order to study the supporting effect and the optimal supporting time of the above solution, we established the mechanical coupling model of surrounding rock and advance support, and investigated the surrounding rock deformation and advance support pressure distribution under different reserved roof subsidence by using the numerical simulation software FLAC3D. The results show that the deformation of surrounding rock increases and finally tends to a stable level with the increase of pre settlement of roadway roof, and when the pre settlement of roof is between 8-15mm, the vertical pressure of the top beam of advance support reaches the minimum value, about 0.58MPa. Based on the above research, we put forward the optimum supporting time in roadway excavation, and summarized the evaluation method based on the mechanical coupling model of surrounding rock-advance support.     

以围岩为承载体的高压管道设计准则与工程应用

钢筋混凝土衬砌高压管道设计中最主要的问题是要防止高压水外渗造成的水量损失和对山体边坡、电站建筑物等的危害.采用钢筋混凝土衬砌高压管道的前提是所在山体的围岩应该相对新鲜完整,其设计的核心是要对地形地质条件、地应力、和高压水作用下围岩渗透性、围岩水力稳定性等进行充分的研究.本文通过对水电站混凝土衬砌高压管道实例的分析,对高水压作用下钢筋混凝土衬砌高压管道设计常用的最小覆盖厚度准则、水力劈裂准则、和最小地应力准则的相互关系和应用条件进行讨论.     

变形分离法与数据驱动下的拱坝工作性态评价

基于有限测点位移监测数据推求大坝空间位移场变化规律是评价大坝工作性态的有效手段之一。拱坝受水荷载、温度等作用下产生的变形,不仅与坝体自身弹性模量有关,更取决于地基的变形特性。由于地基存在不均匀性等复杂问题,致使通过数值模拟的方法精准预测大坝的变形存在一定困难。本文将拱坝坝体的监测位移分解为坝体受荷载产生的位移及坝基约束变形产生的位移两部分,以其监测值与预测值系统误差最小为目标函数,基于坝体有限元模型建立了包含基础约束变形及坝体弹性模量为未知量的求解方程,通过大量位移监测资料结合人工智能粒子群算法寻优实现数据驱动,可同时求解坝基约束变形及坝体分区弹性模量。根据算例研究成果,针对复杂地基,采用本文方法推求得到的大坝空间位移场,除靠近坝体与坝基交界面附近节点位移预测值与有限元计算值相对误差稍大（约为3%）外,其余节点相对误差均在1.5%范围内,证明了本文方法的合理性;从本文方法在白鹤滩拱坝工程中的应用研究成果可知,其空间位移场相对误差分布合理且变形分离结果与实际情况相符,从而证明了方法的可行性。     

基于字符级CNN的调水工程巡检文本智能分类方法

日常安全巡检是维护长距离调水工程安全运行的重要手段。目前巡检采集的非结构化文本数据主要依靠人工进行安全等级评判,在工作效率和准确率方面存在明显不足。本研究基于自然语言处理技术,提出了一种面向字符层面的卷积神经网络的巡检安全文本智能分类方法。该方法通过引入预训练的单个字符向量改进卷积神经网络的输入层,使得分类模型直接从原始文本中提取特征信息,不仅避免了传统分类方法对专业词库的依赖,而且不易受文本中出现的口语化表达和错别字的影响。以国内南水北调工程的巡检文本为案例,通过与多种深度学习算法进行全面比较,对比验证了所提方法的有效性和优越性。结果表明,字符级的分类方法明显优于传统基于词的分类方法,且卷积神经网络在巡检文本分类方面明显优于其他深度学习网络。该方法具有较高的分类准确率,以此为调水工程安全维护提供新的智能化手段。     

山区河流河道截流若干关键问题研究

截流是水利水电工程重要的施工环节之一,也是影响整个工程进度的控制性项目。随着我国水电开发向西部拓展,山区河流导截流工程增多,文章依托某水电站工程,运用施工导截流水力学及模型试验方法与研究手段,重点对龙口护底采用立堵进占退挖护底方式及其护底效果;挑流子堤对提高导流洞的分流比的作用;导流洞进口岩坎对分流的影响;下游围堰是否跟进进占等截流关键问题展开有针对性的研究。研究成果解决了山区河流截流共性问题,截流过程安全可靠,经济效益显著。研究成果将给今后类似工程截流设计施工,开展科学研究提供了借鉴,具有一定指导意义。