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。     

公路隧道围岩动态分级方法研究

由于地质条件的复杂多变以及勘察方法和技术缺陷等原因,导致在勘察设计阶段的公路隧道围岩分级与实际施工阶段的围岩分级差异很大,应该寻求动态的对公路隧道围岩分级进行描述的定量评价方法,以确保隧道围岩和支护结构体系在施工和运行过程中的稳定性。通过对走马岭隧道现场进行详细地质调查,采用多变量分析法对走马岭隧道围岩进行了动态分级。结果表明,隧道施工阶段围岩分级结果与原来勘查设计部门的结果有较大出入;隧道施工阶段围岩分级结果更加真实,正确反映了围岩的稳定性。     

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。     

大跨径隧道围岩的快速分级与稳定性分析

通过某高速公路大跨径隧道的现场实勘,采用BQ围岩分级和CSIR分类法对将要变更隧道段围岩快速动态分级,结果表明,围岩质量好于Ⅳ级但是比Ⅲ级稍差。采用赤平极射投影和实体比例投影法对本段隧道定性定量分析,结果印证拱顶不稳定结构体为可能塌落体积为44.4 m³斜四面锥体落石。对围岩位移与支护结构应力的数值分析结果亦表明最大位移出现在拱顶,两种分析结果相互印证。据此对施工隧道进行了设计变更和优化,获得了良好的效果。     

考虑含水率的昔格达地层隧道围岩稳定及亚级分级研究

昔格达地层隧道围岩对水极为敏感,遇水泥化等现象,造成围岩变形过大,支护结构开裂崩解和掌子面掉块塌方等地质灾害。该文通过现场采集、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段,在考虑含水率的基础上对昔格达地层隧道开挖围岩稳定及围岩亚分级进行深入研究。研究结果表明：含水率对昔格达地层灰色页岩夹砂岩的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩的内摩擦角影响最大。当含水率达到25%时,隧道开挖产生的拱顶累计变形、仰拱累计变形、水平收敛累计变形及掌子面累计变形值及掌子面挤出变形值均有较大的突变;隧道仰拱隆起累计变形最大值>掌子面挤出累计变形最大值>拱顶沉降累计变形最大值>隧道水平收敛累计变形最大值。对岩性进行机理分析发现昔格达地层隧道围岩的亚分级物理力学特性基本上处于Ⅳ3、Ⅴ1和Ⅴ2围岩。除了2号土浅灰色砂岩夹页岩处于Ⅳ3外,其他土样都是属于Ⅴ级范畴。同时得到含水率修正后的昔格达地层隧道围岩亚分级的围岩特征、含水率范围和BQ值范围,并提出亚分级后对应的工程措施。研究所采用的方法和结果可为昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。     

埋深在围岩分级修正中的应用探讨

随着隧道力学的发展,人们对围岩分级标准认识提高,现有的围岩分级标准还存在一些问题,也没有考虑到洞跨、埋深等因素的影响。为此,主要参考铁路、公路和锚喷支护设计规范,将岩体强度参数、安全系数同围岩级别对应起来,利用FLAC3D软件对不同埋深情况下的安全系数进行了模拟计算,把埋深作为围岩分级的影响因素加入其中,建立了安全系数与围岩分级指标BQ之间的数学关系,探讨了埋深对岩体评分标准的影响,完善了岩体基本质量指标BQ的计算公式。     

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。     

基于可拓学理论的黄土隧道围岩分级方法研究

为解决现有黄土隧道围岩分级方法理论依据不足的问题,在总结分析黄土隧道围岩力学性能、构造特性评价指标的基础上,利用可拓学理论建立关联函数,解决各评价指标之间的融合问题,对黄土隧道围岩分级做一些探索性的工作,以期为黄土隧道的设计与施工提供理论依据。研究结果表明:基于可拓学理论的黄土隧道围岩分级方法综合考虑了黄土的强度性质、变形性质、各向异性、构造特性,使得其分级结果更加客观、准确;利用可拓围岩分级方法求得的掌子面围岩的关联度不仅可判定掌子面围岩级别,而且其数值大小可定量反映掌子面围岩质量好坏程度;可拓围岩分级结果与现场围岩级别分类的结果基本一致,存在的分级误差基本属于“亚级”之间的差异,未出现“跳级”现象;且该结果与规范中围岩分类结果相比,其准确度更高。     

小净距隧道爆破振动规律研究——以石尾隧道为例

小净距隧道具有造价相对较低、有利于整体线性优化等优点,在公路短隧道设计中被广泛采用.小净距隧道施工工艺相对连拱隧道较为简单,但鉴于隧道的中岩墙厚度相对较小,在采用钻爆法施工过程中,爆破不仅会影响掘进隧洞围岩稳定性,亦会对相邻隧洞结构稳定性产生一定影响,进而影响隧道施工安全.本文以在建小净距石尾隧道为例,在先行洞右洞掌子面爆破施工时,通过对左洞距爆破掌子面不同距离测点进行爆破振动测试,研究了左洞围岩及其结构在爆破振动后的振动波速变化规律.根据爆破振动监测结果及分析可动态调整爆破方案与参数,确保爆破施工安全性.石尾隧道的爆破振动规律研究成果对公路小净距短隧道的爆破施工具有一定参考意义.     

《桥梁基坑和高边坡弱扰动控制爆破开挖技术研究》科技成果通过鉴定

2009年7月28日，深圳市土木建筑学会主持了由深圳市交通运输委员会和同济大学共同研发的《公路隧道信息化施工技术研究》科技成果鉴定会。鉴定委员会认为，该项目建立了隧道施工阶段围岩级别快速分级方法，开发了隧道远程监控系统和预警体系，完善了基于施工过程的动态粘弹性增量及反演理论     

裂隙岩体小净距超大断面隧道围岩非连续变形分析

由于现有隧道规范不足与设计、施工经验匮乏,裂隙岩体中小净距超大断面隧道的围岩稳定性分析与中夹岩柱变形破坏特征及其支护方案优化仍是大型隧道工程建设中遇到的棘手难题。以济南市东南二环绕城高速大岭超大断面隧道为工程依托,通过对掌子面岩体结构信息的精细化描述,获取各评定指标分布概型,并应用Monte Carlo法生成符合围岩等级评价指标分布概型的大量随机数,通过归纳统计获得隶属各围岩亚级分级的概率分布,由此对岩体质量进行了稳健评估。此外,用改进的非连续变形分析(DDARF)法对大岭隧道浅埋小净距段围岩的变形破坏规律及裂隙演化过程进行了数值模拟;以裂隙扩展破碎区贯通与否作为中夹岩柱稳定性的评定依据,分别针对无锚、有锚支护条件下的围岩稳定性状况及变形特征进行了对比分析。结果表明:无锚支护条件下,隧道后行洞开挖对先行洞的裂隙扩展及变形有一定影响,但不明显;而锚杆支护则可显著约束围岩尤其是中夹岩柱的裂隙扩展及贯通,锚杆支护条件下二次扰动后先行洞围岩的裂隙扩展情况、变形破坏特征与单洞开挖无异,且系统锚杆支护与中夹岩柱水平加长锚杆支护对裂隙演化的控制效应无较大区别。研究结果对裂隙岩体中小净距超大断面隧道围岩的支护方案优化有实际指导意义。     

国际标准和欧洲规范中抗力设计值推断方法评述与改进

区间估计法和贝叶斯估计法是国际标准ISO 2394:1998中根据试验结果推断抗力设计值的重要方法，但两者的推断结果并不一致，会导致设计人员在选用推断方法时产生疑虑。欧洲规范EN 1990:2002中仅选用了其中的贝叶斯估计法，但与一般的贝叶斯估计法不同，它未设置统计推断的置信水平，无法明确判定推断结果的信任程度。另外，对于抗力服从正态分布的情况，两个标准均未提供变异系数已知条件下抗力设计值的推断方法，难以更好地满足实际推断的需要。为解决这些问题，针对抗力服从正态分布和对数正态分布的情况，利用考虑可信水平的贝叶斯估计法提出新的抗力设计值的推断方法，该方法直接以未知参数的联合后验分布为依据，与推断依据有着更直接的联系，其推断公式和结果与区间估计法的完全一致；通过对比分析，揭示了国际标准ISO 2394:1998中贝叶斯估计法与区间估计法不一致的原因；同时，利用区间估计法提出了变异系数已知时抗力设计值的推断方法。新方法明确判定推断结果的信任程度，并可更好地满足实际推断的需要。     

Advance optimized classification and application of surrounding rock based on fuzzy analytic hierarchy process and Tunnel Seismic Prediction

An advance optimized classification method is proposed to accurate predict the surrounding rock classification based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) and Tunnel Seismic Prediction (TSP). Several factors that greatly affect rock mass classification are selected as evaluation indices of FAHP based on analysis of numerous TSP data. Evaluation indices are divided into five grades according to its response characteristics of seismic wave field, and their membership functions are proposed by using frequency statistical method. Comprehensive assigning method is adopted to determine the weights of evaluation indices, and a FAHP model is established for optimized classification of surround rock. Engineering application of Shimenya Tunnel of Yi-Ba Highway is taken as a case study, and proved that the evaluation indices are easy to obtain and the evaluation results are accurate and reliable. The FAHP-TSP method can be further used for other tunnel engineering.     

结合结构面统计的侧向岩石压力计算方法

岩体抗剪强度取决于结构面分布及其性质,侧向岩石压力的计算常用岩体等效内摩擦角参数,而边坡规范中岩体等效内摩擦角的取值难以反映实际岩体结构面分布及其性质的影响。为确定合理的支挡结构侧向岩石压力值,提出对现场岩体结构面性质包括产状、隙宽、迹长、间距、粗糙度进行统计,进而结合现场结构面统计的蒙特卡洛随机模拟结果和RMR地质评价系统,对岩体结构面进行定量评价。利用评价结果和Hoek-Brown准则拟合得到岩体等效摩尔库伦强度参数,由此计算侧向岩石压力。通过与现有方法进行对比发现,采用本方法得到的岩体等效内摩擦角计算所得的侧向压力更符合实际。     

基于统计岩体力学的隧道围岩分级方法

国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94)在隧道设计阶段应用广泛,但是由于地质条件的复杂性及岩体各向异性的影响,不能精准预测施工阶段隧道围岩等级。本文基于统计岩体力学提出了针对隧道施工阶段的围岩分级方法,即通过现场岩体结构面统计和岩石力学试验,获取结构面参数和岩石力学参数,应用统计岩体力学强度理论及本构理论,获得具有各向异性特征的岩体弹性模量参数E_m,进而应用经验公式换算得到BQ值,从而确定隧道围岩基本分级。在实例中,小盘岭2号隧道GDK347+360里程处围岩设计分级为Ⅲ级;应用此方法重新分级的结果为Ⅳ级,低于设计分级,这与现场观察和监测的围岩性状吻合,说明本方法在隧道施工阶段能较为客观地反映围岩性质。以上研究结果表明,在含碳泥质板岩隧道围岩施工阶段岩体分级过程中,本方法具有良好地适用性。     

高速公路石方路堑爆破开挖工法研究

分析了目前高速公路路堑爆破开挖施工方法,提出了岩石路堑爆破开挖必须综合考虑岩性、地形地貌和周围环境状况,采用优化的爆破施工方法。参照隧道围岩的分级方法,对路基岩石进行了分级探讨,坚硬岩石采用预裂爆破,软岩采用预留保护层进行光面爆破等技术措施,避免对边坡产生破坏,控制爆破飞石、爆破振动对周围行人和建筑物的影响。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行。通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性。研究结果表明：该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间。     

三维结构面连通率的随机模拟计算

通过对裂隙岩体中大量随机分布的结构面调查资料的统计分析，得出结构面分布的统计规律，运用随机模拟的方法，建立了裂隙岩体的三维结构面网络。通过三维结构面网络图像，在大量实际工程岩体破坏面特征调查的基础上，提出了三维结构面连通率的概念，并应用岩桥破坏机理，选取通过破坏面的结构面，采用三维曲面拟合的方法，建立了三维结构面连通率的计算方法。     

Slope reliability and back analysis of failure with geotechnical parameters estimated using Bayesian inference

A Bayesian approach is proposed for the inference of the geotechnical parameters used in slope design. The methodology involves the construction of posterior probability distributions that combine prior information on the parameter values with typical data from laboratory tests and site investigations used in design. The posterior distributions are often complex, multidimensional functions whose analysis requires the use of Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods. These procedures are used to draw representative samples of the parameters investigated, providing information on their best estimate values, variability and correlations. The paper describes the methodology to define the posterior distributions of the input parameters for slope design and the use of these results for evaluation of the reliability of a slope with the first order reliability method (FORM). The reliability analysis corresponds to a forward stability analysis of the slope where the factor of safety (FS) is calculated with a surrogate model from the more likely values of the input parameters. The Bayesian model is also used to update the estimation of the input parameters based on the back analysis of slope failure. In this case, the condition FS = 1 is treated as a data point that is compared with the model prediction of FS. The analysis requires a sufficient number of observations of failure to outbalance the effect of the initial input parameters. The parameters are updated according to their uncertainty, which is determined by the amount of data supporting them. The methodology is illustrated with an example of a rock slope characterised with a Hoek-Brown rock mass strength. The example is used to highlight the advantages of using Bayesian methods for the slope reliability analysis and to show the effects of data support on the results of the updating process from back analysis of failure.     

公路隧道围岩亚级物理力学参数研究

 我国现行公路隧道围岩分级方法中部分围岩级别跨度较大,不能满足实际工程需要,据此对岩体围岩进行亚级分级。在此基础上,对各亚级围岩的物理力学参数取值范围进行研究。对于岩质围岩,首先根据亚级分级方法,确定出各亚级不同岩石坚硬程度、不同结构面构造和不同结构面结合程度的组合情况,对其进行数值计算,得到各组合情况下的物理力学参数值,然后结合实际调研资料,最终确定岩质围岩各亚级相应的物理力学指标取值范围。对于土质围岩,主要是通过大量现场试验及实际调研资料分析,获得围岩物理力学指标值,然后通过室内土工试验进行检验,最终确定土质各级围岩对应的物理力学指标值。