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。     

关于三峡永久船闸高边坡快速施工地质超前预报的几个问题

文中就三峡永久船闸高边坡快速施工地质超前预报的几个问题进行了讨论。分别研究了三峡永久船闸高边坡施工地质超前预报的必要性，提出了超前预报技术思路，最后就高边坡岩体反分析及反馈设计问题、施工地质超前预报问题以及与监测相适应的超前处理及防护进行了分析。     

超前地质预报在隧道工程中的应用

前方地质情况不明常常给隧道施工带来危险, 为解决这一问题, 超前地质预报工作应运而生。通过长梁山隧道的工程实践, 进一步证明了开展超前地质工作的重要性。     

铁路施工期岩溶地质宏观预测专家系统研究

岩溶的发育受到多种因素控制,具有不确定性,在结合宜万铁路齐岳山隧道、八字岭隧道、野三关隧道、马鹿青隧道以及渝怀铁路圆梁山隧道等多座岩溶地区山岭隧道的岩溶洞穴发育分布特征分析研究的基础上,提出了包括地层岩性、地质构造、地形地貌、地表水、地下水、隧道设计等因素在内的隧道工程岩溶超前预报的地质分析指标体系,明确了岩溶灾害发生危险性的高、中、低3个等级的工程地质标志性特征,应用专家评价法研究了各个指标的权重,构建了超前地质预报专家系统知识库,研制了山岭隧道岩溶超前地质预报专家系统,通过宜万铁路具体隧道工程的实际应用探讨了专家系统预测的可靠性。     

基于层次分析法的隧道综合地质预报优化

隧道综合地质预报是解决隧道施工期地质问题、降低施工风险的一项重要技术手段。鉴于目前综合预报多为简单的数量上的综合,为更加有效地利用综合预报技术,首先归纳地质分析辨识常见不良地质体的方法,通过地质分析法初步判定隧道掌子面前方可能存在的地质异常,并结合层次分析法的基本思路,将影响预报手段的指标量化,即赋予预报方法权重,建立二级综合评价指标体系,研究不同预报方法对特定工程地质条件的适用性,以选择几种最优预报方法。主要研究结论如下:利用地质分析法定性、层次分析法定量的方法优选预报手段,减少了综合超前地质预报中物探手段选择的随意性,并据此建立综合预报体系。最后将该体系应用于紫荆山隧道F2断层的预报中,成功预报了ZK221+960处地下暗河,避免了施工事故的发生,取得了一定的经济效益,证明了通过层次分析法来优化综合预报方法的可行性。     

滑坡灾害超前预判技术研究

以地质构造控制论为理论核心,以地层、构造、地形等要素的系统分析为指导,以滑坡的形成、演化及特征为对象,首次提出了滑坡地质灾害超前地质预判的概念:滑坡灾害超前地质预判主要是指在各级勘察工作前期,不借助任何勘探手段,运用各种超前地质预判的方法,根据滑坡的地质地貌特征确定滑坡的空间位置及滑坡类型,预测其未来发展状况的一种技术方法。以此建立了该技术的基本体系、判别方法及工作程序,并在陕南公路沿线地质灾害调查过程中进行了初步应用。     

公路隧道大管棚超前支护技术与工程实践

超前大管棚支护是隧道施工中穿越软弱破碎围岩的一种有效的加固施工方法。通过介绍超前大管棚在不良地质隧道施工中的受力原理、大管棚设计与施工要点及适用范围等内容,并结合重庆玉峰山隧道出口洞口段超前大管棚施工实例,对超前管棚在施工中的应用价值做一论证,有助于该方法的应用推广。     

厦门海底隧道围岩稳定动态反演分析

位移反分析法作为联系理论与实际的桥梁,为工程决策、设计与施工提供了切实可行和有效的方法。为解决海底隧道勘察、设计与施工技术难题,减小设计与施工风险,通过对先行服务隧道建立动态反演预测模型,及时对主隧道前方地质情况进行超前预报,并对围岩稳定性进行准确判断,根据反馈信息,对主洞前方设计与施工方案进行科学合理地组织,必要情况下须对原设计的隧道支护参数与施工方法作调整和修正,做到动态信息化设计与施工,确保海底隧道顺利穿越。     

论地质工程的基础理论

地质工程是80年代以来工程地质科学的新的生长点, 已经形成为一个工程地质学新的分支学科, 一个新的行业。地质工程的基础理论是地质控制论, 它的基本理论是地质构造控制论、岩体结构控制论、上体结构控制论、地质体赋存环境因素控制论。他们控制着地质环境(包括地壳稳定性)评价理论和方法、岩体质量评价理论和方法、工程地质探测和测试理论和技术方法、工程地质超前预报理论和方法、地质体改造理论和技术, 岩土体稳定性分析理论和方法及地质工程设计和施工指导理论。正确运用这套理论可使地质工程实践减少盲卧性, 增加自觉性, 可使地质工程实践减少20%～30%的经济损失。     

中深孔爆破振动参数的BP神经网络预报

以某工程不同爆点不同监测点的爆破振动监测数据为背景 ,在分析爆破振动主要影响因素的基础上 ,建立了能同时对爆破振动速度峰值、振动主频率和振动的持续时间进行预报的BP神经网络模型。该模型的预报结果 (爆破振动的幅值、振动主频率和振动持续时间 )与实际监测结果基本吻合 ,从而得到了该场地不同地质、地形情况下爆破振动预报的BP神经网络模型。     

甘肃引洮供水工程饱和黄土隧洞施工方法选择的工程地质研究

甘肃引洮供水一期工程总干渠13#、14#、15#隧洞围岩为al-lQ2饱和黄土,地下水位高于洞顶4³7m,饱和度一般在98%¹00%,水稳性很差。因此,该段隧洞施工方法的选择十分重要,从工程地质角度研究其工程特性,采用D rucker-Prager弹塑性模型、关联流动法则,模拟了传统钻爆法开挖时隧洞稳定性,计算表明,若采用钻爆法,由于围岩的岩性软弱,隧洞开挖后,在隧洞周围较大范围内存在应力降低区,隧洞位移十分迅速而且位移量非常大,洞顶下降发生塌方并引起地面沉降。从盾构法施工对地质条件的适应性分析,其施工风险相对较小,施工过程中可利用护盾很快封闭围岩,因此该段隧洞宜采用盾构法施工。     

A hybrid FVM–LBM method for single and multi‐fluid compressible flow problems

The lattice Boltzmann method (LBM) has established itself as an alternative approach to solve the fluid flow equations. In this work we combine LBM with the conventional finite volume method (FVM), and propose a non‐iterative hybrid method for the simulation of compressible flows. LBM is used to calculate the inter‐cell face fluxes and FVM is used to calculate the node parameters. The hybrid method is benchmarked for several one‐dimensional and two‐dimensional test cases. The results obtained by the hybrid method show a steeper and more accurate shock profile as compared with the results obtained by the widely used Godunov scheme or by a representative flux vector splitting scheme. Additional features of the proposed scheme are that it can be implemented on a non‐uniform grid, study of multi‐fluid problems is possible, and it is easily extendable to multi‐dimensions. These features have been demonstrated in this work. The proposed method is therefore robust and can possibly be applied to a variety of compressible flow situations. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于绝对节点坐标的多柔体系统动力学高效计算方法

绝对节点坐标法已经被广泛应用于柔性多体系统的动力学研究之中, 但是其计算效率问题尚未得到很好的解决. 基于绝对节点坐标方法计算弹性力及其对广义坐标的偏导数矩阵(Jacobi矩阵), 通常是基于第二类Piola-Kirchhoff应力张量来完成, 计算效率不高.根据虚功原理并采用第一类Piola-Kirchhoff应力张量的方法直接推导得到了弹性力及其Jacobi矩阵的解析表达式. 基于不同方法所得的数值算例结果对比研究表明, 该方法可使计算效率大大提高.      

A SOLUTION PROCEDURE FOR LOWER BOUND LIMIT AND SHAKEDOWN ANALYSIS BY SGBEM

The symmetric Galerkin boundary element method (SGBEM) instead of the finite element method is used to perform lower bound limit and shakedown analysis of structures. The self-equilibrium stress fields are constructed by a linear combination of several basic self-equilibrium stress fields with parameters to be determined. These basic self-equilibrium stress fields are expressed as elastic responses of the body to imposed permanent strains and obtained through elastic-plastic incremental analysis. The complex method is used to solve nonlinear programming and determine the maximal load amplifier. The limit analysis is treated as a special case of shakedown analysis in which only the proportional loading is considered. The numerical results show that SGBEM is efficient and accurate for solving limit and shakedown analysis problems. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19902007), the National Foundation for Excellent Doctorial Dissertation of China (No. 200025) and the Basic Research Foundation of Tsinghua University.     

弹性力学Hamilton方法广义解的适定性

首先引入了Hamilton体系中平面应力弹性力学问题正则方程的Galerkin变分方程,证明了Galerkin变分方程和目前文献中所用的Ritz变分方程的等价性,以及相应广义解的适定性,从而为目前的数值方法提供了理论基础。从证明过程中可以看到广义解实际上是Ritz变分泛函的一个鞍点。     

MACRO AND MICROSCOPIC PARAMETER MAPPING RELATIONSHIP FOR RED SANDSTONE 1)

颗粒流离散元软件PFC2D在岩土工程中的应用十分广泛,存在的主要问题是如何标定其细观参数,目前大多使用"试凑法",此方法的缺点在于工作量大、效率低等,本文提出以反向传播算法(back propagation,BP)神经网络的方式代替此方法,利用PFC2D 内置的FISH 以及Python 语言对其进行二次开发,使之自动运行并获取40组宏细观参数样本。结果表明：BP神经网络可以快速准确地建立宏细观参数映射关系,误差均保持在0.01 以内,模拟得到的应力--应变曲线与室内试验曲线高度吻合,且无需大量的数据样本便可创建网络,效率较高;另外,经验证本文选用的平直节理模型,可以有效地解决平行粘结模型UCS/TS值偏小问题,确定平直节理模型可以更好地模拟岩石。     

上覆岩土条件下孤石爆破预处理炸药单耗实验

盾构机在风化花岗岩地层掘进会遇到高强度孤石,为降低施工风险、避免刀盘及刀具严重损坏,常采用地面钻孔爆破对前方孤石进行预处理,但其炸药单耗一般由经验公式确定,导致爆破效果不理想。结合实际工程对爆破块度小于30 cm的特殊要求,采用爆破模型实验对炸药单耗进行研究。实验结果表明:满足特殊块度要求的陆地钻孔爆破炸药单耗是常规钻孔爆破的5.4~6.5倍;上覆地层厚度与炸药单耗呈线性递增关系;实验得出的炸药单耗是瑞典经验公式计算值的3.4~4.9倍。由此提出满足工程需要的炸药单耗修正公式,应用于实际工程并通过验证取得良好效果,为类似工程孤石爆破预处理炸药单耗的计算提供依据和参考。     

ADAPTIVE LINEARIZATION AND GRID ITERATIONS WITH THE TRI-TREE MULTIGRID REFINEMENT–RECOARSEMENT ALGORITHM FOR THE NAVIER–STOKES EQUATIONS

The tri-tree algorithm for refinements and recoarsements of finite element grids is explored. The refinement–recoarsement algorithm not only provides an accurate solution in certain parts of the grid but also has a major influence on the finite element equation system itself. The refinements of the grid lead to a more symmetric and linear equation matrix. The recoarsements will ensure that the grid is not finer than is necessary for preventing divergence in an iterative solution procedure. The refinement–recoarsement algorithm is a dynamic procedure and the grid is adapted to the instant solution. In the tri-tree multigrid algorithm the solution from a coarser grid is scaled relatively to the increase in velocity boundary condition for the finer grid. In order to have a good start vector for the solution of the finer grid, the global Reynolds number or velocity boundary condition should not be subject to large changes. For each grid and velocity solution the element Reynolds number is computed and used as the grid adaption indicator during the refinement–recoarsement procedure. The iterative tri-tree multigrid method includes iterations with respect to the grid. At each Reynolds number the same boundary condition s are applied and the grid is adapted to the solution iteratively until the number of unknowns and elements in the grid becomes constant. In the present paper the following properties of the tri-tree algorithm are explored: the influence of the increase in boundary velocities and the size of the grid adaption indicator on the amount of work for solving the equations, the number of linear iterations and the solution error estimate between grid levels. The present work indicates that in addition to the linear and non-linear iterations, attention should also be given to grid adaption iterations. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

AN UNFACTORED IMPLICIT MOVING MESH METHOD FOR THE TWO-DIMENSIONAL UNSTEADY N–S EQUATIONS

An unfactored implicit time-marching method for the solution of the unsteady two-dimensional Reynolds-averaged thin layer Navier–Stokes equations is presented. The linear system arising from each implicit step is solved by the conjugate gradient squared (CGS) method with preconditioning based on an ADI factorization. The time-marching procedure has been used with a fast transfinite interpolation method to regenerate the mesh at each time step in response to the motion of the aerofoil. The main test cases examined are from the AGARD aeroelastic configurations and involve aerofoils oscillating rigidly in pitch. These test cases have been used to investigate the effect of various parameters, such as CGS tolerance and laminar/turbulent transition location, on the accuracy and efficiency of the method. Comparisons with available experimental data have been made for these cases. In order to illustrate the application of the mesh generator and flow solver to more general flows where the aerofoil deforms, results for an NACA 0012 aerofoil with an oscillating trailing edge flap are also shown.