人工冻土地基模型试验温度场预测分析

以冻结法施工为原型,进行了人工冻土地基室内模型试验。通过监测地基模型测点处的温度变化,研究了人工冻土地基的温度场变化规律。将支持向量机与人工鱼群算法相结合,建立一种新的人工冻结温度场预测模型,应用该模型对室内冻结模型试验进行温度场实时预测,为冻结法工程的施工设计提供依据。     

#br# 寒区隧道温度场的围岩热学参数影响及敏感性分析

寒区隧道抗防冻设计受周边温度场控制,隧道围岩的热学参数直接影响温度场分布。本文依托某寒区公路运营隧道,采用现场实测、数值仿真和理论推导三种方法对寒区隧道温度场分布和围岩热学参数的影响敏感度进行了系统研究。首先,通过对比分析有限元计算结果和现场监测数据,验证了有限元计算分析的准确性。然后,采用该有限元分析方法,基于敏感性分析方法,对围岩导热系数、比热容和赋存温度三个因素对寒区隧道温度场的影响进行了敏感性分析。结果表明,三个因素的影响敏感度具有明显差异,其中赋存温度是影响隧道温度场最敏感参数。研究成果可为寒区隧道选址及类似工程的抗防冻设计提供参考。     

寒区隧道温度场的围岩热学参数影响及敏感性分析

寒区隧道抗防冻设计受周边温度场控制,隧道围岩的热学参数直接影响温度场分布。本文依托某寒区公路运营隧道,采用现场实测、数值仿真和理论推导三种方法对寒区隧道温度场分布和围岩热学参数的影响敏感度进行了系统研究。首先,通过对比分析有限元计算结果和现场监测数据,验证了有限元计算分析的准确性。然后,采用该有限元分析方法,基于敏感性分析方法,对围岩导热系数、比热容和赋存温度三个因素对寒区隧道温度场的影响进行了敏感性分析。结果表明,三个因素的影响敏感度具有明显差异,其中赋存温度是影响隧道温度场最敏感参数。研究成果可为寒区隧道选址及类似工程的抗防冻设计提供参考。     

基于支持向量机网络的隧道围岩分级方法研究

基于隧道围岩特点和支持向量机的优点,利用支持向量机建立隧道围岩分级模型,结果表明:模型的围岩分级结果与实际施工揭露围岩分级结果十分相近,正确率较高,对隧道工程围岩稳定性分级具有重要的实践意义和工程应用价值。     

渐冻隧道演化模拟试验系统的研制及初步应用

为了揭示负年平均气温区渐冻隧道的形成机制和演化规律,以及全球变暖情况下隧道渐融的形成机制,开发渐冻隧道演化模拟试验系统。试验系统主要由隧道模型、地温控制系统、气候控制系统、数据测量和采集系统组成。该试验系统的主要创新性如下:(1)设计并研制一套渐冻隧道演化模拟试验系统,可大幅缩短全周期运行状态温度场模型试验的研究周期,将原本需要40 d的试验周期缩短至4 d;(2)设计并研制新型的气候模拟系统,可长周期稳定地模拟年平均气温、温度振幅及风速等组合条件对隧道温度场试验的影响;(3)设计并研制可以测量隧道温度场全域全周期测试系统及地温控制系统,有效解决数据测量及地温控制等方面遇到的时间和空间上的难题。通过与寒区隧道温度场演化规律典型实例的对比试验,验证该模拟试验系统的准确性和可靠性。初步试验结果表明:年平均气温为-4℃时,隧道贯通运行后其冻结圈会逐渐沿隧道纵向推进,并在横断面上向围岩深部发展,引起隧道围岩的渐冻,隧道非冻土会逐年冻结,形成渐冻隧道。试验系统填补了寒区隧道复杂条件下全周期运行状况下的温度场演化规律试验研究的空白,对促进我国寒区隧道工程前沿研究起到了积极的推动作用,可为"一带一路"工程建设及川藏铁路工程提供试验基础。     

基于遗传进化的支持向量机参数敏感性研究

提出了一种基于遗传进化的支持向量机预测方法,利用该预测方法对工程实例阳宗隧道下行线XK38+725断面的实测围岩变形进行预测,发现此方法具有很高的精度,同时,对基于遗传进化的支持向量机参数敏感性进行了研究,得出结论:敏感性最高的是不敏感系数,其次是惩罚因子,敏感性最低的是核函数系数。     

横观各向同性冻胀寒区隧道应力与位移的塑性统一解

以统一强度理论作为寒区隧道冻结围岩塑性状态的判定依据,考虑中间主应力效应和横观各向同性冻胀对围岩强度的综合影响,建立了寒区隧道应力与位移的塑性统一解析解,给出冻结围岩塑性状态的判定方法,并对所得解答进行讨论、验证和参数分析。研究表明:统一解的正确性被有关文献的Mohr–Coulomb准则解答和外接圆Drucker–Prager准则解答所验证,具有广泛的理论意义和良好的工程应用前景;中间主应力对冻结围岩位移的影响显著,应考虑中间主应力效应以充分发挥寒区隧道的承载潜能;围岩不均匀冻胀系数和体积冻胀率的增加均导致冻胀力增大,使得寒区隧道稳定性降低,应采取有效保温措施予以缓解围岩冻胀效应。该结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。     

基于遗传优化支持向量机的软岩隧道围岩变形预测

软岩隧道施工过程中,围岩极易出现大变形和坍塌现象,如何有效地对隧道围岩大变形进行预测,已成为保障隧道施工安全的重要手段之一。本文以象山隧道为工程背景,采用遗传算法优化支持向量机参数,建立了隧道变形的遗传支持向量机模型,对象山隧道围岩的拱顶沉降和变形收敛进行了预测。模型预测值与实际测量值的对比结果表明,两者之间的误差较小,预测精度较高,所建立的GA-SVM模型可为隧道施工安全和支护结构的优化提供技术支撑。     

支持向量机在隧洞超挖预测中的应用

介绍了支持向量机算法及围岩破坏模式识别的支持向量机算法,利用支持向量法分类算法对隧道围岩超挖块体的大小进行了分类,并建立了预测模型,计算结果表明用支持向量机能较好地预测超挖块体的大小。     

支持向量机在隧道围岩变形预测中的应用

将支持向量机应用于隧道围岩变形的预测中,将围岩变形看作一个非线性变形序列,然后采用时间序列分析技术,用支持向量机建立非线性变形序列之间的映射关系,进而对未来的变形进行预测。结果表明,该方法是科学可行的,并且具有简单、方便、实时等特点。     

寒区隧道三维温度场非线性分析

根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程 ,应用Galerkin法推导出了三维有限元计算公式。根据一座已经建成的寒区隧道内的实测大气温度 ,利用三维有限元计算公式 ,计算分析了隧道铺设保温材料和没有铺设保温材料时的温度场。分析表明对隧道进行空间温度场分析是非常必要的 ,保温材料对于减小隧道围岩的冻融范围是有效的。从而 ,为寒区的实际工程设计提供理论依据和计算方法。     

含相变低温岩体水热耦合模型研究

 根据冻融循环条件下岩体水分运动和热量迁移的基本规律,基于连续介质力学、热力学以及分凝势理论,建立低温岩体温度场和渗流场耦合控制方程,该耦合方程不仅考虑了热传导、相变潜热和渗流速度对温度分布的影响,而且分析了由分凝势引起的孔隙水流动对渗流速度以及渗透压力分布的影响,实现了温度场和渗流场的双向全耦合。并将研究成果与M. Smith等的模型试验和现场试验进行对比分析,结果表明,所建立的耦合控制方程计算结果与实测结果吻合较好。在此基础上,应用此耦合模型数值仿真寒区隧道,对隧道温度场分布规律和冻融圈大小进行分析,该计算结果能为寒区隧道的设计和施工提供一定的参考。     

绝热温升影响的冻结井壁温度场变化规律

为研究绝热温升对冻结井壁温度场的影响,根据井壁温度实测数据,采用ANSYS有限元分析软件对冻结壁大体积混凝土的温度场分布规律进行了数值分析,建立了考虑绝热温升影响的井壁温度场分布模型。实测与模拟结果表明:井壁浇筑后初期由于水化的热影响,井壁温度迅速升高,双曲线模型计算结果与实测值吻合程度较好。研究结果为预测冻结井壁温度场的变化规律提供了参考依据。     

基于支持向量机的公路隧道围岩变形预测

隧道围岩变形影响到隧道施工的安全,对隧道围岩变形进行预测,可作为指导隧道施工的依据。以江西某隧道围岩变形问题为研究对象,采用在小样本、非线性、高维模式识别问题中具有优势支持向量机理论建立模型,建立隧道围岩变形预测模型,结果显示,实测值与预测值相差很小,证明此方法有很强的实用性。     

隧道冻结壁解冻温度场演化规律研究综述

文中介绍了冻结法在隧道中的应用,阐明了隧道冻结法施工冻结壁温度场的发展情况一直是工程中关注的热点,并分别从现场实测、理论解析法、相似模型试验和数值模拟等方面,对隧道冻结壁解冻温度场演化规律的研究现状进行了综述,指出了当前温度场研究存在的不足对未考虑冻结壁温度梯度的影响,最后提出隧道冻结壁解冻温度场研究中存在的问题和今后研究方向。     

寒区隧道消防管道温度场三维分析

为避免寒区隧道的消防系统由于水源与管道内水在低温下冻结而失效,基于有限元分析,对寒区隧道温度在空间与时间上的分布进行预测。采用无线传感器对背景工程隧道洞外、洞口、洞中段、洞尾的温度变化进行实时监测,作为后续模拟的边界条件。对50 m断面处隧道温度场进行了二维模拟,发现消防管道的温度在第1年即稳定。三维分析中考虑1 a的分析期,得出温度分布。根据三维模型的计算,最低温度出现时,隧道深度约700 m位置为正、负温的交界点,深度小于700 m时温度为负温。     

寒区隧道二衬混凝土冬季施工温控技术研究

 冬季寒区隧道二衬模筑混凝土施工由于低温水泥水化不充分、不均匀,极易出现强度不达标、表面出现贯穿性裂缝等问题。根据含低温相变岩体温度场控制方程,从研究开挖时间对围岩温度影响入手,在充分考虑混凝土水化热影响条件下,分析寒区隧道围岩与二衬混凝土热量迁移传递规律,研究隧道内环境温度、浇注时洞内加热温度和加热时间对二衬模筑混凝土温度影响规律。研究结果表明,随着开挖时间的增加,围岩温度受环境温度影响的范围逐渐增大;围岩被加温一段时间后,表面温度和深部围岩温度较高,中间温度较低,形成了两头热,中间冷的温度分布情况;二衬混凝土24 h内的最低温度随着加热时间、加热温度和环境温度的增加(升高)而升高。在此基础上,提出一种简洁、实用的加热时间计算公式。现场实施效果表明,应用该计算公式,可实现嘎隆拉隧道冬季低温环境条件下二衬模筑混凝土高效不间断施工、表面无裂纹且现场实测强度大于C30强度等级的目标。     

寒区隧道围岩温度场分布特征及影响因素分析

中国高纬度、高海拔地区的隧道数量越来越多,在隧道实际运营过程中发生了不同程度的冻害,给隧道结构及公共交通带来隐患,因此冻害防治刻不容缓。通过建立寒区隧道三维传热模型,对寒区隧道温度场分布规律进行研究,讨论了初始地温、围岩密度、导热系数及比热容对温度场的影响,并对其影响程度进行了比较。结果表明：洞外低温空气是引起隧道内温度场发生显著变化的主要因素,导致隧道围岩出现径向变温圈,在自然风作用下(2 m·s^-1,-10℃),初始地温为10℃的隧道围岩变温深度达到了8 m;初始地温对运营期的隧道温度场有着直接影响,初始地温每升高5℃,运营期围岩温度增大2.5℃;隧道围岩温度与围岩比热容、密度呈正相关,但与导热系数的关系和隧道径向距离有关,径向距离小于1.3 m时,呈正相关,反之呈负相关;采用灰色关联分析法得到的隧道温度场的影响敏感性从大到小排序依次为初始地温(1)、围岩密度(0.74)、围岩导热系数(0.71)、围岩比热容(0.68),可见初始地温对温度场的影响最大。     

考虑围岩不均匀冻胀的寒区隧道冻胀力解析解

为防止冻害,寒区隧道的设计需考虑冻胀力荷载。阐明寒区隧道围岩的不均匀冻胀性,推导考虑围岩不均匀冻胀性的寒区圆形隧道冻胀力解析解。围岩不均匀冻胀系数k=1时,本文解退化为赖远明围岩均匀冻胀时的弹性解。理论分析和计算分析表明,围岩均匀冻胀情况下,圆形隧道衬砌不会受到冻胀力作用。赖远明算例中计算得到冻胀力,是由于其采用的冻结围岩弹性模量小于未冻结围岩弹性模量,这与工程实际情况相反。其他冻胀力解析解采取了特殊的假定,而这些假定与工程实际情况相差较大,造成了计算所得冻胀力偏大。围岩不均匀冻胀性是引起寒区隧道围岩中冻胀力的重要原因,在合理的围岩弹性模量和不均匀冻胀系数取值范围内,解析解的计算结果和实际情况吻合较好。随着围岩不均匀冻胀系数k的增大,衬砌受到冻胀力作用,冻胀力的量值随k值增大而增大。当k值一定,冻胀力与冻结围岩弹性模量与未冻结围岩弹性模量的比值EII/EIII呈反比线性关系。     

寒区隧道围岩温度场与防水层影响分析

围岩的导温系数是隧道内气温预测重要的特征值。本文根据实测隧道围岩温度 ,采用一维热传导模型 ,古典显式差分格式和最小二乘法 ,对一寒区隧道围岩 (强风化花岗岩 )的导温系数进行了反分析。并用解析方法和数值计算分析了隧道衬砌内防水层对隧道围岩冻深的影响 ,所得结论有一定的工程实用价值