隧道围岩监测位移信息融合模型及应用

针对隧道围岩变形位移监测中普遍存在着不能有效充分地综合利用多条测线位移监测数据对围岩整体稳定状态作出准确判断的典型难题,以基于克隆选择原理的免疫算法为基础构造信息融合算法,再结合奇异值分解方法、免疫克隆BP网络和变形速率比值法,建立了隧道围岩监测位移信息融合模型.实际算例表明该模型对隧道围岩监测位移信息具有较强的提取融合和非线性处理分析能力,对围岩整体稳定状态的实时判定具有很高的准确性,为及时选用合理的支护措施提供了可靠的参考价值.     

岩溶隧道施工围岩变形动态监测与仿真分析

 岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以达成高速铁路宝石岩隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件FLAC3D进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是较危险区域;靠近溶洞的隧道左侧特征位置的位移值要比远离溶洞的隧道右侧相应部位的位移值大,其中,左边墙的水平位移是右边墙的2倍左右。随着开挖断面处溶洞尺寸的逐渐增大,拱顶下沉位移增量最大,边墙水平位移增量次之,腰拱水平位移增量最小。溶洞顶部下沉位移和靠近隧道的溶洞右侧部水平位移较大,溶洞其他部位的位移值较小。侧部含有溶洞的隧道,其围岩变形的非对称性容易使隧道受“偏压”。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

基于Hoek-Brown屈服准则的修正纵向变形曲线分析

围岩纵向变形曲线反映了开挖面附近因隧道开挖而引起的围岩变形,目前最为常用的纵向变形曲线拟合公式并不能有效反映多种质量围岩的变形情况。针对该问题,根据有限差分软件FLAC3D建立了三维隧道开挖模型,基于Hoek-Brown屈服准则得出了不同工况理想弹塑性围岩的纵向变形曲线,通过对数值模拟计算结果进行非线性回归分析,得到了修正的纵向变形曲线拟合公式,并探讨了不同质量围岩条件下开挖面附近的位移释放率。结果表明:对于质量较差的围岩,在开挖面后方,原有的拟合公式会在较大程度上高估位移释放率,低估施加于支护上的荷载,相应的支护设计偏不安全。     

基于隧道断面相对变形率判定围岩稳定性的研究

目前常用的判定围岩稳定性手段主要是监测隧道特征点或测线位移,但这种监测方法评价围岩稳定性存在诸多弊端。为此,本文从应变能角度对隧道围岩系统势函数进行理论分析。首先推导了围岩4个分区的应力、应变及位移表达式,进而分析各个分区的应变能,据此建立了隧道围岩系统势函数,并根据软岩破坏时的全应力应变曲线特征,确立隧道围岩系统势函数尖点突变模型,提出了定量评价围岩稳定性的理论依据。利用数值模拟手段,分析了不同荷载释放系数下隧道围岩特征点或测线位移、隧道围岩系统势能、隧道断面相对变形率3类指标变化规律。根据尖点突变模型,利用3类指标对围岩稳定性做出定量评价,并对3类指标下围岩破坏时的荷载释放系数进行对比分析,探讨了利用断面面积相对变形率指标判定围岩稳定性的可靠性。     

岩溶隧道施工过程中围岩位移特征分析

岩溶区隧道因受岩溶发育程度的影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以宜万铁路某岩溶隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道施工过程中的围岩位移特征进行了相似模型试验和现场测试。结果表明:隧道开挖后,围岩分别向溶洞内和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是最危险区域。靠近溶洞附近的边墙、拱肩和拱顶处围岩的位移值要比远离溶洞侧的相应部位处的围岩位移值大。研究结论对岩溶隧道的设计与施工具有一定的参考价值。     

龙山双连拱隧道动态位移反分析与预测

龙山双连拱隧道跨度大、埋深浅、围岩稳定性差。为了保证施工顺利进行，需加强监测并对施工引起的围岩位移做出合理预测，根据监测及预测位移调整后续施工方法。依据施工计划建立模拟动态施工过程的有限元模型，以第1施工步测点位移的监测值通过反分析确定所需计算参数，依据此参数预测第2施工步引起的围岩位移；在得到第2施工步测点监测位移后，反馈给所建立的有限元模型，再次进行反分析计算以修正所需计算参数并预测第3施工步所引起的围岩位移；如此反复进行，直至施工结束。预测结果与实测位移的对比表明，在所建有限元模型能够准确模拟实际施工过程及真实施工状态的前提下，所采用方法可以较为精确的预测后续施工引起的位移，从而为调整后续施工方案提供依据。     

FBG传感器在量测围岩内部位移中的应用

 光纤光栅(FBG)传感器利用波长调制传感信号,因而量测信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响,可以广泛应用于量测应变、温度、应力、位移等参数。结合新奥法隧道施工中位移监测的要求,介绍光纤光栅传感器的原理及其在隧道围岩内部位移量测中的应用。与其他量测方法比较,利用光纤光栅传感器量测围岩内部位移具有仪器构造简单、安装量测方便、量测数据精确等优点,是一种非常实用的量测方法。量测数据验证隧道围岩变形的基本规律：不同位置的围岩其松弛变形不同,离开挖面越近的围岩,其松弛变形越大,离开挖面越远的围岩,相应的松弛变形越小;围岩的完整程度对围岩内部位移的影响很大。     

连拱隧道水平位移控制标准研究

在连拱隧道建设中,必须进行围岩变形及位移的监测。根据现场围岩位移的监测结果,可以及时分析与预测围岩稳定性,以保证隧道施工的安全进行。结合小金口连拱隧道现场监测数据,利用数值分析方法对Ⅲ类围岩水平位移监测数据进行处理与分析,得出:采用Boltzman函数拟合分析方法,能够较好反映连拱隧道施工过程中水平收敛位移的变化情况,从而得到连拱隧道水平位移变化的控制标准,对连拱公路隧道设计和施工具有一定的指导意义。     

基于多重判据综合确定的隧道二衬支护时机研究

为合理确定隧道二次衬砌支护时机，论文基于隧道变形监测成果，利用位移判据和速率发展趋势判据综合开展了隧道二衬支护时机研究，其中，位移判据是利用极限位移准则确定出位移条件下的二衬支护时机；速率发展趋势判据是利用变形预测和重标极差分析进行隧道变形速率的趋势判断，以评价前述二衬支护时机的合理性。实例分析表明：位移判据能初步确定隧道二衬支护时机，并经速率发展趋势判据评价，得出隧道变形速率趋于减小，变形向稳定方向发展；综合得出Ⅳ级围岩的二衬支护时机为23～25d,Ⅴ级围岩的二衬支护时机为29～32d。     

考虑多因素影响的双线隧道初支极限相对位移模型研究

隧道初支极限相对位移U0/U是围岩及支护系统稳定性评判的重要指标。相关规范规定不同围岩级别和埋深下初支极限相对位移的取值范围,给围岩稳定性评判提供一定的灵活性。为更精确地得到不同岩体力学参数和隧道设计参数下的U0/U值,采用有限差分法研究跨度B对[BQ]值的修正系数K4,在工程岩体BQ分级法基础上建立了岩体质量修正指标[BQ]－B;采用多元非线性回归技术,拟合双线隧道拱顶和拱脚处U0/U与[BQ]－B、埋深h的关系式,建立多因素影响下的双线隧道初支极限相对位移模型,该模型综合考虑多种因素对U0/U的影响,并能给出U0/U的定量值,弥补现行规范的不足,为准确评判围岩稳定性提供新的方法与思路;同时其确定的函数关系也有助于信息化编程和应用。采用山平高速公路隧道多个断面的实测数据,验证所建模型对深埋软岩、浅埋黄土、深埋硬岩中等跨度隧道的适用性,为类似隧道的施工和监测提供借鉴意义。     

特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究

 在新奥法的隧道设计理念中，现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映围岩的稳定性，而且通过对监测数据的分析及在此基础上的数值模拟工作，可以较好地优化隧道的衬砌结构，从而使动态设计、信息化施工成为可能。为实时掌握隧道施工期间的围岩变形和支护结构的受力特点，某特长山岭隧道进行以应力监测和位移监测为基础的全程监控量测工作。并以应力监测为基础，采用有限元软件对隧道衬砌结构在不同级别围岩中的受力状态进行模拟，以监测位移值做标准，对数值模拟结果的正确性进行验证。计算出不同衬砌结构在相应级别围岩中的临界荷载，以指导现场监控量测工作。从而保证隧道的施工安全并优化衬砌设计，为后续工程的设计提供指导。     

隧道拱脚塌方施工加固及监测分析

 山岭隧道施工过程中经常会遇到隧洞塌方等事故,而拱脚塌方又具有破坏性大、隐蔽性强等特点,常在实际工程中被忽视。结合永宁高速高宝隧道施工过程中发生的拱脚塌方事故,分析隧道拱脚塌方的原因及所采用的加固措施;对拱脚塌方段周边断面及加固后塌方段断面的围岩位移和支护结构应力进行监测,确保围岩稳定及施工安全。结果表明：拱脚塌方加固处理方案实施可行,加固段围岩变形及应力均得到较好的控制,塌方段的小导管注浆加固效果较好;砂土状围岩的隧洞施工过程中应注意地下水位及降雨引起围岩吸水膨胀导致的拱脚塌方;发生拱脚塌方时应尽快封闭塌方围岩,对塌方段附近一定范围内的隧洞进行加固,并做好排水措施;对塌方段周边进行监测,待监测结果稳定后对塌方段采用单侧壁导坑开挖法进行短挖短衬施工。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴意义。     

大断面隧道爆破开挖围岩损伤范围试验研究及数值计算

 结合大帽山大断面隧道群的现场声波监测,研究推进式往复爆破作业的双侧壁导坑法施工的大断面隧道的围岩累积损伤范围,声波监测结果表明,在推进式的多次爆炸荷载作用下,围岩将产生一定程度和范围的损伤;侧壁围岩的累计损伤范围主要由与其齐平的导洞I的开挖掌子面爆破决定;其损伤范围随着导洞I开挖掌子面的接近而逐渐增大,当两者齐平时围岩的损失范围达到最大;但当导洞I开挖掌子面逐渐远离和导洞III爆破开挖通过时,围岩的损伤范围并没有扩大,仅导致损伤围岩的损伤程度增大。基于此,在模拟推进式往复爆破荷载作用下围岩的损伤范围时,用与监测断面齐平的单次爆破近似表示推进式的多次爆破,通过DYNA软件将此决定围岩损伤范围的振动速度转化为爆炸压力,再将爆炸压力传递给用UDEC软件实现的各向异性岩体损伤模型,通过与声波监测结果对比,此方法可以较好地模拟推进式往复爆炸荷载作用下围岩的累积损伤范围,并可为类似工作提供参考和借鉴。     

大风垭口岩石公路隧道围岩及初期支护变形与内力研究

按“新奥法”施工的云南大风垭口隧道全长约3300m，为上、下行分离的双洞单向行车双车道，属于长、大岩石公路隧道。通过现场施工量测，在分析了收敛位移、拱顶位移、围岩内部位移及钢支撑内力等大量实测数据的基础上，研究了围岩及初期支护的变形包括岩石蠕变变形、内力随开挖进度及时间变化的规律，讨论了上、下台阶开挖对围岩的影响。研究结论可望为岩石公路隧道施工提供一定的指导。     

双连拱隧道结构内力样式及围岩稳定性模型试验研究

大型相似模型试验是双连拱隧道结构内力样式与围岩稳定分析研究的重要方法和手段之一。结合广州—惠州高速公路小金口双连拱隧道工程的修建,在II,III类围岩条件下,对双连拱隧道的施工方法和结构内力样式及围岩稳定进行了深入的研究工作。通过模型试验研究提出了一种新的施工方法——中导坑拓展法,这种施工方法对围岩的扰动少;同时采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法3种施工方法进行模型试验研究。结果表明:周边最大径向位移发生于拱顶,其次为腰部;首次建立了双连拱隧道二次衬砌内力(轴力和弯矩)模型及围岩的稳定与变形的规律。这些研究成果对双连拱隧道的设计与施工具有重要指导作用。     

深埋隧道开挖过程动态及破裂形态分析

 地下工程开挖过程中,在洞室围岩中会产生拉压交替变化区,当地应力过大时,会产生分区破裂化现象。为了解释洞室围岩拉压交替变化和分区破裂化现象,根据隧道开挖卸荷这一动力学特征,建立隧道开挖过程的动态分析力学模型和计算模式,由此导出由开挖卸荷引起的扰动应力、扰动应变和扰动位移满足的平衡方程、物理方程、几何方程和边界条件。根据实际的位移约束条件,假设位移试函数,利用Hamilton时域变分原理,考虑时域变分条件和约束变分条件导出围岩体的积分–变分方程组,建立该方程组的模态矩阵。在给定开挖卸荷路径和零初始条件下采用Duhamel积分,得到离散振动方程组的稳态响应。通过矩阵变换,得到隧道围岩体扰动应力、应变和位移的解答函数式。算例分析表明,所给出的理论和方法能正确地反应出隧道开挖引起围岩内的动态过程,并能有效地对开挖引起的围岩的破坏形态进行评价。     

西山坪隧道穿煤及采空区围岩变形特性与数值模拟研究

结合渝（重庆）合（合川）高速公路西山坪隧道新奥法施工监测实施，分析了初期支护条件下隧道左线穿煤及采空区（LK35＋360～LK35 560)围岩的变形特征，并对穿煤及采空区围岩的位移和应力特性进行了施工动态有限元数值模拟研究，验证了位移监测资料的正确性。为制定采空区处理措施和优化后期支护方案提供了信息。     

支护阻力与深部巷道围岩稳定关系的试验研究

 在真三轴试验台上，通过对模型加围压至设计值后开挖巷道，并利用气压支护试验装置在巷道内施加均布压力来模拟支护阻力，真实再现深部巷道开挖与支护过程中围岩的演化过程。应用先进的数字图像采集和相关分析技术对巷道围岩位移场进行量测与分析，探寻不同支护阻力与深部巷道围岩稳定关系，为确保深部巷道工程的稳定提供理论与技术依据。     

二向不等围压条件下考虑软化及剪胀的圆形隧洞弹塑性解

 基于弹塑性软化模型和非关联流动法则,考虑侧压力系数、极轴夹角和不同工况主应力对应关系,同时结合屈服后岩体的软化和剪胀特性,推导出圆形隧洞在二向不等压受力条件下洞周围岩的弹塑性应力、位移和塑性半径的解析解。实例分析表明,侧压力系数和主应力对应关系决定洞周塑性区的分布形状。剪胀对洞周位移的影响远大于对塑性半径的影响;剪胀程度的变化对洞周变形的影响随着围岩软化性质的增强而增大。在以洞周变形为控制的工程项目中,围岩软化和剪胀特性的影响不能忽视。