概率论方法在云岭隧道围岩分类中的应用研究

公路隧道围岩的分类方法较多,大致可分为单因素和多因素法。每种方法都有其优点和缺点:多因素法往往比较复杂,使用起来不方便;而单因素法适应性不高,在某些特定的围岩地质条件或者复杂多变的围岩地质条件下,常常不能准确地判断出围岩的类别。在概率论的基础上,考虑岩体质量RQD值、弹性波速vp这2个常用的围岩分类指标,综合考虑《公路隧道设计规范》(JTGD70–2004)采用的BQ值,按照概率论原理来判定的围岩在3种围岩分类法中取得一致判断结果的概率就是待判定围岩在每种分类法概率的乘积。只要分别计算各种围岩分类标准中每一类围岩出现的概率,概率最大的所对应的围岩类别就是该围岩的分类,从而较准确地判断隧道围岩的类别。以云岭隧道围岩分类为工程背景,提出一种基于概率理论的新多因素围岩分类方法,并采用该方法对云岭隧道围岩进行分类,得出的围岩类别与实际围岩类别比较吻合。这一方法的成功应用,不仅为该隧道设计、施工提供了参考,同时对同类隧道工程围岩分类有一定的参考价值。     

基于特尔菲–理想点法的隧道围岩分类研究

基于理想点法的基本原理,选取岩石单轴饱和抗压强度Rc、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf、地下水渗水量ω作为评价指标,通过特尔菲科学方法确定其权重系数,建立隧道围岩分类模型,并利用广州抽水蓄能电站第1期工程围岩实测资料进行模型检验。结果表明:特尔菲–理想点法判别结果与实际围岩类别大致相同,且和人工神经网络判别结果、突变级数法判别结果基本符合,从而验证了特尔菲–理想点法用于围岩分类是可行的。最后,运用建立的特尔菲–理想点法围岩分类模型对浙江省诸永高速公路西华岭隧道围岩类别进行判别,经计算分析发现,所选洞段围岩判定结果与设计围岩类别相吻合,进一步证明了该方法用于隧道围岩分类的合理性和有效性。这一方法在西华岭隧道中的成功应用,不仅可以为该隧道设计、施工提供参考,同时对以后同类隧道工程围岩分类有一定的参考价值。     

公路隧道围岩模糊信息分类的专家系统

符合实际的围岩分类是公路隧道设计和施工的重要依据，是准确进行施工地质超前预报的指南。目前的公路隧道围岩分类规范中，围岩类别与各评定指标间尚未建立起精确的本构关系，在具体应用时受人为因素影响较大。针对围岩分类中存在的这类“模糊性”问题，引入模糊信息分析模型，借助专家丰富经验和既有隧道围岩分类信息，创建了公路隧道围岩模糊信息分类的专家系统，在围岩定量分类方面取得新的进展。     

应用组合分类法对暂态电能质量扰动分类

有机地结合贝叶斯分类法、感知准则函数分类法和最小错分样本数准则分类法的理论优点,提出了一种新的组合分类方法.该方法保留贝叶斯法的最优特点,去除其使用的必备条件,保留了最小错分样本数准则分类法可对交叉样本分类,去除其计算复杂的缺点.与常用的最小错分样本数准则函数分类法以及贝叶斯分类法、感知准则函数分类法相比,该组合分类法在理论上具有最优分类、可对交叉样本分类、计算简便的优点.在对暂态电能质量扰动分类的仿真分析过程中,充分显示了新方法的上述优点.     

公路隧道围岩稳定性分析与支护

对力学分析方法、人工智能法、围岩分类法三种公路隧道围岩稳定性的研究方法作了介绍,研究了公路隧道围岩稳定性的影响因素,总结了公路隧道的支护方法及注意事项,为公路隧道的建设提供安全保障。     

基于Vague集的隧道围岩稳定性评价

提出了基于Vague集的隧道围岩稳定性评价模型,详细介绍了基于Vague集的隧道围岩稳定性评价的基本原理、Vague集的表示方法和记分函数的定义问题.建立了隧道围岩稳定性评价的指标体系,引入简单关联函数来确定各指标的权重,并应用该模型对某隧道围岩的稳定性进行了分类预测.结果表明,该评价方法可行合理且比较符合实际,判别结果与可拓方法、模糊可变集方法以及集对分析-可变模糊集等方法的结果一致,为隧道围岩稳定性的综合评价提供了新的思路.     

基于TSP203系统和GA-SVM的围岩超前分类预测

 为有效地进行隧道围岩类别超前分类,提出基于TSP203系统和遗传–支持向量机的围岩类别超前分类方法。以TSP203系统为基础,从探测结果中提取有用信息,建立围岩类别超前分类指标体系,并采用支持向量机进行围岩超前分类预测。建立围岩类别超前分类指标体系时,采用TSP203中可有效识别的围岩分类参数来实现：岩体完整性系数、泊松比、静态扬氏模量、主要结构面与洞轴线的夹角、不连续结构面状态和地下水发育情况。确定支持向量机参数时,采用遗传算法在解空间里进行全局搜索,以改善支持向量机在围岩分类中的识别精度。最后将该方法应用于实际工程,结果表明该方法实际可行,在围岩类别超前分类中具有较高的准确性,为围岩类别超前分类提供了一种新思路。     

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。     

下穿公路大断面隧道施工方案比选分析

为确定施工中的围岩稳定性、地表公路的正常运营状况,并保证施工速度,采用三维有限元软件Midas GTS/NX模拟分析了隧道浅埋段V级围岩区间采用双侧壁导坑法、六步CD法及台阶法对下穿公路隧道变形与支护受力的影响,对比分析各施工法施工对隧道与既有公路引起变形与受力的差异,模拟预测并提出工程方案建议。     

关口垭隧道围岩质量分级组合评价研究

现有隧道围岩质量分级方法评价结果有时存在非一致性的问题,引入组合评价思想,选取3种已有围岩质量分级方法作为基础分级方法,建立隧道围岩质量分级组合评价计算模型;然后,建立评价指标的标准化方法,从而使不同基础分级方法评价结果具有可比性,解决不同方法物理意义和量纲不同的问题;引入漂移度概念建立基础分级方法合理程度度量方法,并在此基础上建立基础分级方法的权重计算方法,进而建立隧道围岩质量分级的组合评价方法;最后,通过工程实例分析,表明所提出方法的合理性与可行性。     

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。     

隧道围岩分级方法综合研究

在总结国内外有一定代表性的隧道围岩分级方法的基础上,阐述了围岩分级方法发展现状,探讨了围岩分级方法的发展趋势,从而促进隧道围岩分级方法的研究,更好地反映各类工程岩体的质量好坏。     

公路隧道岩体分级的神经网络方法

根据公路隧道岩体分级标准的要求，全面考虑各种分级指标，建立了公路隧道岩体分级的神经网络方法。对各类定性和定量指标数据进行了向量规范化处理，选取适宜的分级指标，建立起神经网络学习样本，并进行样本学习训练，其结果可作为各种公路隧道岩体分级的评判依据。据此，对韩家岭隧道围岩进行了分级和评价，证实所建立分级方法的可行性、准确性和优越性。     

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。     

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。     

基于漂移度的隧道围岩质量分级组合评价方法

针对现有隧道围岩质量分级方法评价结果存在非一致性问题的特点,首先引入组合评价思想,选取多种已有围岩质量分级方法作为基础分级方法,建立了融合各基础分级方法优越性的隧道围岩质量分级组合评价计算模型;其次,依据不同基础分级方法评价指标的物理意义和量纲不同的特点,建立了评价指标的标准化方法,使不同基础分级方法评价结果具有可比性,以解决组合评价计算模型的组合计算方法问题;然后,针对不同基础分级方法评价结果的合理性存在差异的特点,引入漂移度概念,建立了基础分级方法合理程度的度量方法,并在此基础上,提出基础分级方法权重分配的合理确定方法,进而建立了隧道围岩质量分级的新型组合评价方法,该方法不仅可以解决不同基础分级方法评价结果的非一致性问题,更重要的是可以充分发挥各基础分级方法的优势,避免它们的不合理性,使隧道围岩质量分级更为合理;最后,通过工程实例分析,表明了该方法的合理性与可行性。     

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。     

Forward prediction for tunnel geology and classification of surrounding rock based on seismic wave velocity layered tomography

Excavation under complex geological conditions requires effective and accurate geological forward-prospecting to detect the unfavorable geological structure and estimate the classification of surrounding rock in front of the tunnel face. In this work, a forward-prediction method for tunnel geology and classification of surrounding rock is developed based on seismic wave velocity layered tomography. In particular, for the problem of strong multi-solution of wave velocity inversion caused by few ray paths in the narrow space of the tunnel, a layered inversion based on regularization is proposed. By reducing the inversion area of each iteration step and applying straight-line interface assumption, the convergence and accuracy of wave velocity inversion are effectively improved. Furthermore, a surrounding rock classification network based on autoencoder is constructed. The mapping relationship between wave velocity and classification of surrounding rock is established with density, Poisson's ratio and elastic modulus as links. Two numerical examples with geological conditions similar to that in the field tunnel and a field case study in an urban subway tunnel verify the potential of the proposed method for practical application.     

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。