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。     

基于爆破损伤的Hoek-Brown强度准则修正

传统隧道围岩分级方法未考虑爆破损伤因素对围岩分级的影响,爆破作为隧道主要开挖方法,其产生的岩体损伤对岩体分级评判标准的影响不可忽略。笔者分析了基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数取值方法,指出了Hoek-Brown强度准则和现有改进公式中确定岩体参数存在的不足。考虑爆破累积损伤效应,提出了不同围岩级别下Hoek-Brown经验常数m_b、s、a的计算方法,建立了考虑隧道埋深与爆破累积损伤效应的不同围岩级别的Hoek-Brown强度准则经验常数计算公式。以龙南隧道1号斜井爆破现场试验得到的声波变化率对修正公式进行了检验分析,验证了Hoek-Brown强度准则岩体经验常数修正公式的准确性。     

国标岩体分级标准BQ的图解法表示

《工程岩体分级标准》(GB50218—94)作为适用于各类型岩石工程的岩体分级标准,其采用定性与定量相结合的分级方法,在不同岩体工程行业中得到广泛应用。但因其定性描述内容繁杂,分级依据相对笼统;定量指标BQ计算时需考虑相应限制条件,使得实用性受到一定限制。基于此,介绍应用图解法表示国标岩体分级标准BQ,将岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv作为纵、横坐标,同时将2个限制条件考虑进去,建立可反映岩体级别的BQ折线图。经工程实例验证表明,此方法可较方便、快捷、准确地确定待评估岩体质量级别。此外,针对BQ法局部定性特征描述与定量指标不一致的情况,利用图解法结果对BQ法岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv的定性划分提出相应优化建议,较原有分级标准,优化后的定性分级与岩体质量评价值的吻合度提高3%～12%。最后,对BQ图解法分级指标值的选取、修正因素对图解法评价结果的影响作有益讨论与图解表示,该研究思路与结果可为后期修正优化国标BQ法提供一定借鉴作用。     

岩体基本质量定量分级标准BQ公式的研究

自1995 年7 月1 日起,我国施行“工程岩体分级标准”GB50218 94 ,该标准为强制性国家标准。本文论证了该标准中岩体基本质量定量分级BQ 公式的主要问题:分级因素,分级挡数和分级模式。介绍了以9 变量103 项岩体工程的野外和实验室测试数据为基础,通过相关分析,聚类分析,逐步回归和逐步判别等多种数学手段获得 BQ 公式的理论依据     

土岩组合地层暗挖地铁车站参数优化研究

青岛地铁车站均为土、岩组合地层,车站大部分在风化程度不同的岩层中,因此研究土岩组合地层中暗挖法车站的合理埋深及结构参数有一定意义。以青岛地铁五四广场站为例,采用数值模拟方法,利用有限元软件Abaqus,结合强度折减法和结构安全系数方法,探讨暗挖车站稳定性的影响因素。通过对车站埋深、衬砌强度及应力释放率正交设计优化模拟,得出埋深影响车站围岩结构的稳定性最大,其次是衬砌强度和应力释放率。通过分析,对结构及施工参数进行了优化,优化方案的车站围岩安全系数为1.69,结构安全系数有足够的余度。     

BQ分级法在边坡岩体基本质量分级中的应用分析

利用BQ分级法对边坡岩体质量特征进行研究,通过岩块强度及岩体完整性对工程岩体自身性质进行分级。结合主要结构面类型与延伸性修正因素λ、主要结构面产状影响修正因素K5以及地下水影响修正因素K4三个修正因素对边坡工程岩体质量进行分级,分级方法具有较强的科学性和实用性。     

爆破对岩体基本质量的影响及试验研究

通过分析爆破对围岩质量的影响因素 ,基于岩体基本质量指标BQ的计算公式 ,得到了爆破对岩体基本质量指标影响的修正系数表达式 ,在实验室和现场试验的基础上 ,分析了爆破对岩体基本质量的影响规律及影响程度     

基于深度学习技术的公路隧道围岩分级方法

通过深度学习技术提取公路隧道掌子面图片中的围岩分级相关信息。训练以掌子面图片和特征标签为数据集的深度卷积神经网络模型,识别围岩的节理、裂隙、破碎程度、粗糙程度、光滑程度、泥夹石和涌水等分布式特征;结合深度学习技术和岩体裂隙图像智能解译方法统计围岩节理组数和间距来描述结构面完整程度;再利用色彩模型确定岩石种类描述出岩石坚硬程度;最后将围岩分级各判别因子转换为BQ值进行分级,获得围岩分级最终结果。结果表明:深度学习模型适用于识别围岩不同形态特征,利用图像识别技术获取的围岩分级参数能够实现对公路隧道围岩等级的综合判定。该处理结果与传统BQ分级结果相吻合,验证了深度学习围岩分级的可行性和准确性。     

基于突变理论的水封储油洞室稳定性分析

据洞室围岩破坏的非线性特点,考虑到储油洞室失稳破坏问题是一种突变问题,运用Hoek-Brown强度折减法及突变理论,得到了洞室围岩强度折减系数与突变特征值的关系,然后根据突变特征值给出了水封储油洞室围岩的稳定性安全系数,最终建立了基于Hoek-Brown强度折减法的水封储油洞室稳定性分析的突变模型,克服了Mohr-Coulomb强度折减法不能描述岩体非线性破坏特征,以及单纯使用强度折减法计算中不能精确量化失稳判别准则的缺点,提高了洞室安全系数模拟计算精度。将本文所建立模型的结果与已有模型的计算结果进行了对比,并利用上述模型分析了洞室埋深、孔隙水压力、洞室间距和蠕变时间等因素对水封储油洞室稳定性的影响。计算结果表明:基于Hoek-Brown强度折减法建立的突变模型具有很好的实用性,可以满足实际工程计算精度要求;水封储油洞室的安全系数随着洞室埋深、孔隙压力、蠕变时间增加而降低,随着内洞室间距的增加而增加。     

复杂地质条件下隧道围岩分级BQ修正法的应用

针对当前公路隧道设计规范中的BQ法的缺点,通过将复杂地质条件下的初始地应力、地下水以及主要软弱结构面影响引入围岩分级中,并以BQ法为基础建立复杂地质条件下的修正BQ围岩分级法,实践应用证明:BQ修正法分级结果吻合率比传统BQ法更好。     

公路隧道施工期围岩快速分类极限学习机模型研究

针对以往智能优化算法学习速度慢、对参数选择敏感等问题,引入极限学习机(ELM)方法用于围岩分类。在分类指标方面,结合快速性与准确性,制定快速分级参数标准,以公路隧道设计规范中的BQ法为基准,从以往及正在施工的隧道中收集对应的样本,从而建立了公路隧道施工期围岩快速分类的极限学习机模型。之后将正在开挖隧道工作面的快速分级参数,提供给模型进行判别,达到快速、精确分级目的。通过抚松隧道实际验证,该模型判断结果与实际施工情况吻合,可用于指导施工阶段的隧道围岩快速分级。     

高地应力隧道围岩分级BQ-hg法的研究及应用

随着大量深埋越岭隧道的修建,高地应力问题对于围岩分级的影响越来越大。公路隧道设计规范中的围岩分级BQ法对于初始地应力影响的折减系数K₃仅从高地应力和极高地应力两个方面进行考虑,而对于高地应力情况下影响围岩稳定的岩爆和大变形情况未加以区分和细化,从而造成BQ法在高地应力段特别是岩爆和大变形段的分级适应性较差。本文针对BQ法对于初始地应力折减系数K₃该方面考虑不足的缺点,将高地应力情况的岩爆和大变形对围岩质量的影响引入围岩分级中,采用强度应力比值将岩爆烈度分为四个等级、大变形分为三个等级,各个等级对应相应的折减值,从而形成岩爆段和非岩爆段的初始地应力折减系数值K₃¹,以及大变形段和非大变形段的初始地应力折减系数值K₃²,再以BQ法为基础建立了高地应力条件下的围岩分级BQ-hg法。通过对BQ-hg法进行围岩分级应用检验,其分级准确率较高,适应性较好,值得进一步完善和推广。     

国标《工程岩体分级标准》的应用与进展

 依据已发表的与《工程岩体分级标准》(GB50218-94)(简称《国标》)相关的各类文献成果的整理与分析,对《国标》执行以来的工程应用实践效果、《国标》与RMR,Q系统及HC法等分级方法的相关性、在行业标准制订上的推动作用、以及基于《国标》的研究方法进展及相关完善建议等进行总结和综述。基于多个工程200余组实测数据的统计分析,给出《国标》BQ值与RMR分值间的综合统计回归公式,对《国标》BQ法与RMR法级别划分的对应性进行验证。研究表明,该分级方法体系严谨,具有很强的科学性和可操作性。利用岩体基本质量指标BQ,减少分级的主观性,提高分级的精度,降低工作难度,方便不同设计阶段的工程应用。另一方面,在已有实践基础上,有必要对该分级方法作进一步的修订和完善。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

公路隧道围岩的区间数组合分类法

公路隧道围岩的分类方法较多,每一种分类方法的结果都是对真实围岩状况的一种估计,通过一定的算法将这些分类结果进行合成,可以使各分类法取长补短,围岩信息得到充分利用。基于上述思路,并考虑到分类标准和被分类隧道围岩物理力学指标均为区间数的实际情况,提出了一种基于区间数的公路隧道围岩组合分类法。为充分利用区间数携带的信息,定义了一种新的区间数距离计算方法,选择能够兼顾各单一分类法之间功能性和协调性要求的加乘混合函数作为围岩分类函数,计算被分类围岩与分类标准各级别之间的分类函数值,最小值对应的类别即为被分类围岩的类别。针对某工程隧道2个典型段围岩的分类问题,在隧道围岩常用的岩芯质量指标ROD法、《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)BQ值法和弹性波速vp法进行分类的基础上,采用本文方法进行组合分类,结果表明:本文方法物理意义明确,计算过程简捷,分类指标稳定,分类结果与单一分类法相比能够更好地反映实际围岩状况,可供公路隧道勘察、设计、施工时参考。     

基坑坑底抗隆起稳定安全系数计算方法改进研究

深基坑坑底抗隆起验算是基坑支护设计的重要内容之一,验算中如何考虑挡土构件嵌固段的作用是一个尚未较好解决的复杂问题。文章分析了国内现行技术标准中所建议基于地基承载力和圆形滑移面两种验算方法的不足,进而基于深入的理论及计算对比分析提出一套较为完善的验算方法。所提出的验算方法以现用两种方法为基础,对其进行适当改进,并研究给出其各自所适用的嵌深;研究给出一临界嵌深计算公式,用以界定不同嵌深时所应采用的计算方法,从而实现任意嵌深情况下的坑底抗隆起稳定性的简化验算。通过与有限元极限分析这一精细数值方法就大量算例的计算对比,对所提出的验算方法进行验证。     

关于土体隧洞围岩稳定性分析方法的探索

 长期以来,地下隧洞围岩稳定性分析没有科学合理的方法,一直停留在以洞周某点位移或塑性区大小的经验值作为判断稳定性的依据。隧洞洞周位移或收敛位移受围岩弹性模量、洞室形状大小等因素影响,洞周不同部位的位移值也不相同,很难找到统一的位移判据标准。以塑性区大小作为围岩稳定性的判据要优于位移标准,但围岩塑性区受泊松比、洞室形状大小等因素影响,不同软件计算出的塑性区大小也有差异,这种方法同样也不可靠。由此可见,传统的经验分析法不够合理。为此,提出将基于有限元强度折减法求出的安全系数作为稳定性分析判据,该判据有严格的力学依据,有统一的标准,而且不受其他因素的影响。以黄土洞室为例,提出洞室的剪切与拉裂安全系数的概念,通过不断折减土体的抗剪强度参数c,j 值或c,j 与抗拉强度,使黄土隧洞围岩塑性区不断扩展,直至塑性应变或位移发生突变时,即表明隧洞发生剪切破坏,此时的折减系数即为剪切安全系数。通过不断折减土体的抗拉强度参数,使黄土隧洞内临空面处(不包括底部临空面)围岩出现第一个单元拉裂破坏时,即表明隧洞发生拉裂破坏,此时的折减系数即为拉裂安全系数。该研究仅是对围岩稳定性分析方法的尝试性探索,供同行分析、讨论。