基于卷积神经网络对TBM塌方段的反演分析

论文在已有研究工作的基础上,利用岩石扭剪掘进指标(TPI)和现场贯入指标(FPI),采用卷积神经网络和时间序列预测法,研究隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)掘进塌方段分析和预测的可能性.吉林引松工程TBM大数据库中记录了 199列施工期间的各项参数和18处塌方事件,数据总量大、质量高,具有很高的科研价值.基于上述数据,论文在输入功率与破岩效率相当的原理支持下,将某一循环段的现场贯入指标FPI和岩石扭剪掘进指标TPI作为机器学习的训练对象,对正常掘进段和石灰岩区域大规模塌方段K66+000-K66+350(桩号)进行了分析和预测.结果表明:塌方段实测FPI、TPI数值显著偏小,结合三项预测误差指标可判断"阳性",即TBM进入塌方段.相关研究成果为TBM领域的大数据机器学习提供了新的方法,为实现超前地质预警创造了有利条件.     

TBM掘进技术发展及有关工程地质问题分析和对策

通过对大量文献资料和工程实例的研究,论述了TBM(隧道掘进机)近半个世纪发展及其在隧道建设中的应用现状和问题。对大量国内外工程实例分析后发现优先采用TBM掘进技术已成为未来隧道建设总的发展趋势。从岩石力学和工程地质角度对岩石TBM掘进过程中遇到的诸如软岩大变形、突水、岩爆等不良工程地质问题导致卡机或管片变形、破损等工程事故进行了剖析,并对采用的工程处理措施作了总结对比。随着今后TBM掘进技术在我国大规模应用,对复杂工程地质条件的客观全面认识和施工方案的及时调整成为影响施工安全和经济效益的关键因素。     

TBM滚刀刀圈与岩石的滑动磨损实验研究

硬岩隧道掘进机(TBM)的滚刀刀圈在破岩过程中面临剧烈的磨损,对TBM的掘进效率及施工成本影响巨大。为了深入研究全断面隧道掘进机滚刀刀圈的磨损机理,本文在M-200型磨损试验机上模拟了TBM滚刀刀圈与岩石的磨损行为。基于实验数据,验证了磨粒磨损引起的磨损量与摩擦距离的线性关系,分析了岩石硬度、摩擦系数和润滑对磨粒磨损速率的影响。实验结果表明,在大载荷下,磨损形式将由单纯的磨粒磨损转化为磨粒磨损与疲劳磨损共同存在的形式,并且计算了疲劳磨损量,进而对比了磨粒磨损量与疲劳磨损量的大小。结论:硬度、摩擦系数越大,滚刀刀圈磨损越严重;润滑对降低磨损有重要作用;在大载荷作用下,磨损状态将由磨粒磨损转化为磨粒磨损和疲劳磨损共存的状态。上述研究结果可以为TBM滚刀刀圈设计及施工提供一定的参考。     

万家寨引黄工程泥灰岩段隧洞岩石掘进机(TBM)卡机事故工程地质分析和事故处理

隧道全断面岩石掘进机 (TBM )的施工对地质条件适应性是一个不断认识和深化的过程 ,其中很多认识是来自已发生的各种各样事故和对事故原因的理性认识。本文是在对某隧洞TBM卡机地段的岩性 (包括工程性质 )、构造、地应力及其在TBM施工条件下的变化等方面进行工程地质力学研究的基础上 ,指出层间剪切带的存在及由此而产生的较大变形速率是导致事故发生的工程地质原因 ,并提出了相应的处理意见和建议。TBM卡机问题的顺利解决和它重新开始快速掘进证明了作者分析和工程处理措施的合理性。本文的分析有助于加深TBM施工对复杂地质条件适应性的认识 ,并可望为避免类似事故的再次发生提供参考和借鉴。     

盾构刀盘系统界面载荷力学表征与近似计算模型

针对地下隧道施工重型盾构装备,提出了一种刀盘系统界面载荷的力学表征与近似计算方法.在刀盘系统与掘进界面岩土间相互作用的解耦分析基础上,引入岩土屈服破坏效应的影响,修正了掘进界面边缘区域应力集中的问题,给出了刀盘系统界面载荷沿半径方向非线性分布的规律.考虑到实际施工中的地质条件、掘进进尺、刀盘拓扑结构,以及地下埋深等因素对掘进载荷的影响,建立了刀盘系统推力与扭矩的综合分析与计算模型,实现了地质力学性能、装备掘进状态、装备结构特征3类关键因素与掘进载荷间相互影响规律的力学描述;结合天津地铁工程实例,分析与验证了界面载荷模型的有效性.      

盾构叠交隧道地层移动分析

用盾构法在软土中建造叠交隧道有一个重要现象：当一条隧道在另一条相邻隧道上方掘进时，在没有欠挖或过量压浆等施工因素的影响下地面仍然会隆起。中对此作了探讨，依据弹性理论提出一个地面隆起变形公式，将该公式与地面沉降的派克(Peck)公式进行叠加，建立了盾构叠交隧道地层移动的数学模型，分析了黄浦江行人观光隧道掘进跨越上海地铁2号线时的地层移动，计算结果与现场测试相符合。     

公路隧道围岩地质条件评价方法及其富溪隧道应用研究

为了达到快速、准确、可靠的围岩分类,有效指导隧道施工,在充分研究和吸取国内外有关围岩分类的经验和成果基础上,针对隧道施工期间的围岩类别鉴定方法,提出了一种可用于隧道施工期间围岩类别鉴定的快速分类方法,该方法以定量与定性相结合、多专家评分的方式在开挖掌子面现场进行观察、量测及评价,无需复杂试验或测量以及繁杂计算,可迅速得出评价结果。为了更加全面地反映隧道围岩情况,准确评价围岩工程性质,结合目前国际上流行的Q分类系统,在富溪隧道第一手实测资料的基础上,根据快速分类结果和Q指标分类结果对富溪隧道围岩条件进行综合评价,为其隧道施工提供了合理的支护参数。     

超前探测中探地雷达应用与结果的处理分析

在隧道施工中,由于地质条件的复杂性和勘察工作的局限性,往往造成地质勘查成果与开挖后的情况不一致,这就要求在隧道施工工程中进行超前跟踪探测,确保隧道施工的安全。本文主要介绍SIR-3000探地雷达系统在郴(州)宁(远)高速公路芒头岭隧道超前预报中的应用概况,并采用空间域滤波和希尔伯特变换等方法对探测结果进行处理,根据处理结果对隧道掌子面前方溶洞、裂隙等地质情况进行预测。隧道后期的开挖情况证明了雷达预测结果的正确性,取得了较好的预测效果,同时也说明了采用空间滤波、希尔伯特变换等处理方法对改进实测数据质量方面的有用性。     

煤与瓦斯突出的一维流动模型和启动判据

本文将煤与瓦斯突出这一现象和因素模化,建立了研究机理的一维流动模型,给出了基本方程和突出基本准则——破碎起动准则。在这理想模型中,开挖前的围压作为煤体受载因素影响破碎起动从而影响流场,流场与应力场则解耦,可独立地研究流场,研究瓦斯渗流,煤的破碎起动及随后的两相流与纯气相流。 掘进是外加扰动,使渗流相对加剧,是启动突出的基本因素。讨论恒速掘进下的渗流过程,从渐近解——恒稳渗出解给出启动判据,分别表示成:可能条件——地应力条件;孕育条件——掘进条件或瓦斯条件;触发条件——渗出速度条件。     

隧道爆破设计智能系统的组成与结构研究

针对目前隧道掘进爆破设计多以人工设计并辅以CAD绘图而存在设计质量差、速度慢的不足,进行了爆破设计智能系统的组成和结构研究。按照爆破设计与施工所涉及的参数特点,应用软件工程、人工智能等方法,确定以知识库、数据库、推理机、人机交互系统和解释机构为隧道爆破设计智能系统的组成部分。创建了系统管理、参数智能计算、爆破数据、布孔设计、施工设计和施工信息管理等系统功能模块,并给出了爆破设计数据流程图。实现了掘进掌子面上炮孔的自适应布置。由此研制的智能系统能够完成传统、人工智能和完全智能3种方法的隧道爆破设计。隧道爆破实例的设计结果表明,采用本设计系统能够自动、准确、快速、高质量地获得炮孔布置、布孔说明、爆破命令等设计图表。     

基于支持向量机的围岩定性智能分级研究

本文将数据挖掘的新方法支持向量机应用于隧道围岩分级。支持向量机是一种基于统计学习理论的新的学习算法,比神经网络算法能更好地解决小样本问题。选用岩层厚度、岩体结构、嵌合程度、风化程度、地下水特征、节理发育程度、榔头敲击声和地应力等8个定性指标作为评判因子,用泥巴山隧道采集的实际数据作为样本对不同核函数的支持向量机进行训练,并得到评判因子与围岩级别的映射关系,从而可以对未知的围岩样本进行级别判别。判别结果表明: 采用多项式核的支持向量机对围岩级别进行判别有较高的准确率,是一种值得推广和应用的围岩智能分级方法。     

海域岛礁桥梁地基岩体质量分级体系研究

跨海大桥由于受地形限制,桥基只能布设在单薄的海域岛礁上,而岛礁岩体质量及其边坡稳定将控制桥基型式及埋深。结合在建舟山大陆连岛工程西堠门大桥桥基所在的老虎山岛礁,针对其大跨度、高塔柱桥梁地基赋存的地质环境条件,综合考虑不同部位（即水上、水下及潮间带三个不同位置）,提出以岩石力学性质、岩体结构类型、结构面发育特征（尤其是软弱结构面控制）、风化状况、地下水（受海水频繁潮涨潮落影响）等分级控制因素,并分别相应采用岩石单轴饱和抗压强度Rs、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、风化程度系数KY及地下水影响修正系数U对上述分级控制因素进行量化,建立了反映海域岛礁岩体总体质量综合指数Z=Rs×RQD×Kv×KY+U,并相应得出不同级别岩体质量分级体系。     

岩石质量指标RQD与工程岩体分类

讨论了工程岩体分类中 RQD确定的某些问题 ,对正确选取 RQD指标的方法进行了探讨。     

国内外主要围岩分类换算原则和方法

本文阐述围岩分类的意义,分类换算的提出、基础、原则、方法和工程实例。为便于工程应用,将换算对照结果,经综合分析以换算对照汇总表形式给出。     

某抽水蓄能电站地下洞室围岩岩体质量特征分析

考虑材料的黏性效应建立了II型动态扩展裂纹尖端的力学模型,假设黏性 系数与塑性等效应变率的幂次成反比,通过分析使尖端场的弹、黏、塑性得到合理匹配,并 给出边界条件作为扩展裂纹定解的补充条件,对理想塑性材料中平面应变扩展裂纹尖端场进 行了弹黏塑性渐近分析,得到了不含间断的连续解,并讨论了II型裂纹数值解的性质随各参 数的变化规律. 分析表明应力和应变均具有幂奇异性,对于II型裂纹,裂尖场不含弹性卸载 区. 引入Airy应力函数,求得了II型准静态裂纹尖端场的控制方程,并进行了数值分析, 给出了裂纹尖端的应力应变场. 当裂纹扩展速度($M\to 0$)趋于零时,动态解趋 于准静态解,表明准静态解是动态解的特殊形式.     

岩体风化的综合分带研究

岩体的风化不仅会引起岩石物质成份、化学成份变化 ,而且也引起岩体裂隙、岩体完整性的改变。因而风化岩体中裂隙数量、岩体块度的变化与岩体的风化程度具有较好的对应关系。论文研究了用岩体裂隙间距、岩体的完整性指标、岩石质量指标对岩体风化程度进行分带 ,较好地将岩体风化分带与岩体结构、岩体工程特性紧密地结合起来。在岩体风化程度的定量划分上作了新的探索。     

TBM施工隧洞围岩级别划分探讨

已有不少专家在TBM施工围岩级别划分方面进行过有益探索,为后来的工作提供了很好思路。目前的问题是,所提出的分级指标难以获取、离散性较大、有一些与施工直接相关的指标的定量化问题未能解决,尚未形成明显共识的分级系统或方法。为此,有必要针对水工隧洞TBM施工围岩类别划分进行详细探讨。本文提出以现行《水利水电工程地质勘察规范》中水工隧洞围岩分级方法为基础,参考秦岭隧道TBM施工围岩分级方法,根据TBM施工的工作效率、碴料特征和涌水状况进行分级修正,建立适合于TBM施工的水工隧洞围岩分级修正模型,实现TBM施工水工隧洞的围岩分级,并以2个实例进行验证。     

岩体中饱和渗流应力耦合模型研究进展

在大坝渗流与控制、各种水工隧洞和交通隧道以及地下各种洞室开挖、采矿工程与油藏开采中的水力劈裂、 岩坡和坝基的稳定性研究等领域中经常会遇到岩体的饱和渗流应力耦合问题.本文对这些领域中的渗流应力耦合问题分为6种力学模型: 等效连续介质模型、 裂隙网络模型、 双重介质模型、 断裂力学模型、 连续损伤力学模型和统计模型.前3种主要从经典的黏弹塑性本构着手考虑, 着重对渗流场的处理, 后3种则是从考虑岩体在耦合作用下发生损伤破裂行为方面切入, 着重于岩体结构内部发生质的改变带来的更加复杂的耦合效应.对这些模型进行了详细的介绍, 指出了这些模型的优缺点与适用范围, 给出了一些有代表性的研究成果, 并对该研究领域中未来的研究方向进行了展望.     

节理岩体的分维特征及其工程地质意义

本文用分形理论,对节理网络分布和粗糙度曲线进行分形分析。结果表明,节理的空间分布和粗糙度曲线具自相似性;分维是一个表征岩体强度、岩体损伤程度、岩体质量及节理粗糙程度的几何参数,并可用于评价岩体稳定性、断裂体系活动性及划分风化卸荷带等。     

清江隔河岩坝基工程岩体质量评价研究

采用《工程岩体分级标准》定性和定量相结合的方法,根据岩石坚硬程度和岩石完整程度决定岩体的基本质量,然后考虑地下水状态、初始应力状态、工程轴线方位与主要软弱结构面产状的组合关系等修正因素,确定坝基工程岩体的级别。针对隔河岩工程考虑岩溶、层间剪切带、应力水平、岩体所处工程部位等因素,给出隔河岩工程坝基工程岩体分级。