基于熵权法的隧道施工围岩分级方法

为了解决现有围岩分级方法确定围岩指标参数时不可避免带有主观性因素的问题,在总结各类围岩分级方法的基础上综合选取岩石单轴饱和抗压强度、岩石完整性系数、岩体体积节理数、地下水、岩石质量指标(RQD)、围岩弹性纵波速度共6个参数作为隧道围岩分级评价指标.运用熵权-可拓物元理论及熵权-云模型的数学解析方法对围岩进行分级,并采用...     

基于复合权重灰色关联度法的隧道围岩质量评价

为了准确评价隧洞围岩的稳定性,降低开挖过程中的风险;选取岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整性系数、地下水条件、结构面状态作为围岩评价指标,建立了基于熵权法、层次分析法的组合权重计算方法,并采用灰关联度分析法构建了隧道围岩质量的评价模型;以云南西山营隧道为例运用该模型,采用改进BQ法进行验证,对比发现:灰色关联分析模型与改进BQ法的评价结果具有高度的一致性;该评价模型可行性和可靠性较强,可为围岩质量评价提供一定参考。     

考虑高地温及其梯度影响的围岩分级方法初探

工程岩体分级是岩石力学及其工程应用研究的最基本内容之一,当前岩体分级体系中尚无考虑高地温及高温度梯度等复杂地质环境下的围岩分级方法。依托南疆某水电站高温洞段引水隧洞工程建设,基于现场地质描绘、现场钻孔测试及室内岩石力学试验成果,采用RMR、GSI、BQ和HC等不同分级体系对高温洞段开展岩体质量评价;最后根据实际围岩级别与定性和定量分级结果对比分析,提出了高地热下围岩类别影响因子及阈值指标,给出了高地热赋存环境状态对围岩分级的修正方法,在此基础上提出适用于高地温梯度环境下的隧洞围岩质量分级与评价方法。研究表明,考虑了温度修正后,各类围岩的岩体质量评价结果相对传统方法减小1/4~1/2级,与实际定级结果更为接近,提高了分级的准确率。研究结果对于存在高地温的隧洞围岩分级有参考价值。     

强度折减有限元法在水工隧洞稳定性评价中的应用

为了解决隧道稳定性评价这个难题,吸收边坡强度折减有限元法的优点,将强度折减有限元法应用到隧洞安全系数的求解。通过不断折减围岩塑性区的凝聚力c和内摩擦角φ,直到计算不收敛为止,从而得到隧道围岩结构的安全系数。采用文章介绍的方法求得隧洞的安全系数与潜在滑动面,不仅可以评价隧道的稳定性和设计的合理性,从而为隧道设计提供了定量依据;同时还可以对支护参数和施工工艺提出改进建议。     

高外水隧洞变形稳定性的基质压缩效应

深埋水工隧洞通常会面临高地下水位问题,为准确分析高外水隧洞围岩变形稳定性,需合理模拟外水内渗的力学作用。现阶段,学者们虽已认识到在饱和岩体渗流-应力耦合分析中考虑岩石基质压缩的必要性,但针对岩石基质压缩对高外水隧洞变形稳定性影响的相关研究尚未见报道。基于饱和多孔介质有效应力原理和孔压修正系数,并考虑围岩渗透特性动态演化,建立了高外水隧洞渗流-应力耦合分析模型,并在ABAQUS中进行了数值实现。依托某深埋引水隧洞,在分析其渗流场和变形稳定性的基础上,开展了不同岩石基质可压缩性条件下的高外水隧洞渗流-应力耦合分析,揭示了高外水隧洞围岩变形稳定性随岩石基质可压缩性的变化规律。结果表明：岩石基质压缩直接影响着高外水隧洞的外水内渗过程,对高外水隧洞围岩变形稳定性不利,岩石基质可压缩性越大,则围岩变形和塑性区范围越大,在分析中忽略岩石基质压缩将得出偏于危险的结果。     

TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类研究

目前常用的水工隧洞围岩分类方法主要是在浅埋隧洞和钻爆法施工的基础上建立的,在隧道掘进机(TBM)施工的深埋水工长隧洞应用中存在不足。在对国内外常用的围岩分级和分类方法进行统计的基础上,结合深埋水工长隧洞的特点以及TBM施工中可能遇到的主要地质问题进行分析,选取了围岩稳定性、高地应力风险、地下水风险和TBM施工围岩可掘性等作为评价隧洞围岩性质的主要因素,提出了一种既能描述隧洞围岩稳定性,又能描述地质风险类型及等级的TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类方案。该方法已在新疆某输水工程中进行实践应用,取得了良好的应用效果。研究成果可为深埋水工隧洞开挖和支护设计提供技术支撑,为TBM选型及施工中可能遭遇的地质风险采取处理针对性措施提供依据。     

基于改进物元的大坝基岩安全评价

针对物元可拓方法中存在的局限性,对物元可拓方法进行了修正,在点与区间的距和等级评定的计算方法上进行了改进。以大坝基岩安全监测指标数据为基础,将改进物元可拓方法应用于大坝基岩安全评价中,采用熵权法确定各指标的权重,通过对比度确定待评大坝基岩的安全等级,构建出基于改进物元的大坝基岩安全评价模型。应用表明,该改进物元可拓模型能够客观地反映大坝基岩安全状态。     

基于TSP物探指标的围岩质量预测研究

为利用TSP各物探指标预测隧道围岩质量,以G575线巴里坤~哈密公路东天山隧道为工程依托,利用灰色关联分析理论,建立了以岩体质量指标修正值作为围岩质量的依据,以9个物探指标为影响因素,采用MATLAB软件对隧道围岩质量的影响因素进行关联排序,确定影响围岩质量的主次因素;再选取高关联度的物探指标,采用灰色关联理论进行围岩质量预测。结果表明,波速、纵横波速比、泊松比、密度为影响隧道围岩稳定性的主控因素;剪切模量、拉梅系数、体积模量、动态杨氏模量、静态杨氏模量为次要因素;围岩质量预测采用波速、纵横波速比、泊松比、密度这4个高关联度的物探指标能准确预测隧道围岩分类。     

羊曲水电站泄洪洞围岩稳定性有限元分析

隧洞施工过程中的围岩的稳定性分析是工程地质和岩体力学非常重要的研究课题,依据地下结构设计理论和岩石屈服Druck-Prager准则,考虑到了围岩的自身承载能力,采用非线性有限元的方法对羊曲水电站泄洪洞开挖施工过程中围岩的稳定性进行分析,对隧洞围岩开挖支护施工过程进行模拟,分析隧洞围岩位移变形及应力分布规律,为隧洞开挖施工过程中围岩和结构稳定性分析提供依据。     

可拓评价方法在围岩稳定性分类中的应用

给出了同征物元体的概念，使诸多同征物元表示简洁。提出了可拓评价方法的级别变量特征值概念，使评价结果更加合理。针对某种实际问题给出了由简单关联函数确定权重的新方法，该方法简单易行。最后给出了可拓评价方法在围岩稳定性分类的首次应用。     

可拓物元理论在地下洞室围岩质量评价中的应用

由于地下洞室围岩力学参数的不确定性和前期地质勘探的随机性,导致地下洞室围岩质量评价存在一定不合理性。而可拓物元理论对分析具有随机性和模糊性的问题具有较大优势,故引入可拓物元理论并通过简单关联函数法确定围岩各影响因素的权重,由此进行围岩质量评价。在新疆布伦口-公格尔水电站地下洞室围岩评价中的应用表明,与其他方法相比,该方法具有较高的精确性。     

岩溶隧道围岩分级研究

岩溶隧道在勘察设计施工阶段会遇到各种各样的岩溶,而针对这些岩溶的实际情况很难做出详细的评价,使得勘察设计阶段划分的围岩级别与实际施工阶段的有所不同。因此,要通过实际现场情况来随时调整原设计围岩的级别。在岩溶隧道围岩基本的分级基础上,将岩溶发育程度作为定性指标、岩溶对围岩稳定性影响程度作为定量指标,用定性和定量相结合的方式对岩体基本质量指标进行修正。并应用于峨岭关隧道岩溶围岩分级中,使其分级更加合理、准确。     

岩爆烈度分级预测的云模型法及其应用

针对深埋引水隧洞岩爆分级预测问题,引入云模型理论建立了基于PPA-正态云的岩爆分级预测模型。在综合分析影响岩爆发生相关因素的基础上,选取了单轴抗压强度与岩石抗拉强度之比、岩石切向应力与单轴抗压强度之比、弹性变形能指数以及岩石脆性指数为本次岩爆分级预测的评价指标体系。根据既定体系确定了相应评价标准,采用投影寻踪分析确定各指标权重,由云模型正向发生器计算各指标的确定度并生成相应的云图,在此基础上给出岩爆分级预测结果。以国内外7个深埋引水隧洞为例建模计算并与其他预测方法计算结果进行比较,表明利用所提出方法可以得出准确的结果。     

钻孔弹模计在高压水工隧洞围岩复合灌浆效果评价中的应用

高压水工隧洞围岩地质缺陷多采用水泥或水泥化学复合灌浆以提高围岩的强度、均匀性、抗渗性,及其与衬砌的协调变形能力,而如何通过原位实测获得围岩的变形指标参数是进行灌浆效果评价和围岩与衬砌系统稳定性评价的关键因素或参数之一。基于某抽水蓄能电站高压水工隧洞围岩缺陷灌浆处理,介绍了钻孔弹模计的基本原理、测试方法、数据处理与应用;采用钻孔弹模计对隧洞围岩化学固结灌浆前后的围岩变形指标进行了测试,实测结果不仅可直接用于固结灌浆效果评价,还可为围岩与衬砌系统的稳定性评价提供依据,该试验方法和手段具有广泛的实用性。     

基于隧道铣挖施工适应性的围岩质量分级方法

<正>围岩质量分级是悬臂式掘进机隧道铣挖施工方法适应性评价的重要依据。为了建立相应围岩质量分级方法,首先基于瞬时掘进速率(ICR)可综合体现工程地质条件和机械设备因素对隧道铣挖施工影响的特点,提出以铣挖瞬时掘进速率为依据的隧道围岩质量分级标准;然后,在探讨围岩质量分级影响因素和评价指标的基础上,考虑影响因素的模糊性和层次性特点,建立铣挖施工隧道围岩质量分级的三级模糊综合评价模     

基于主成分分析法的可拓理论在围岩质量评价中的应用

根据可拓工程理论,以布伦口~公格尔水电站地下洞室4个典型标段为例,建立改进的围岩评价物元模型。考虑实际工程中主客观因素对围岩质量评价指标权重的影响,将主成分分析赋权法应用到理论当中。研究结果表明,与其他围岩评价方法结果相比,改进后的可拓理论的围岩质量评价结果能够满足实际工程需要,并且能够为围岩质量进行科学评价提供理论依据。     

及时支护隧洞变形规律研究及稳定性评价

针对软岩及土质隧洞围岩强度低、稳定性差及现有隧洞围岩稳定性评价方法对及时支护隧洞的不适用性,通过数学模型试验系统研究了弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、埋深、洞径和侧压力系数等与需及时支护隧洞拱顶围岩变形和喷层受力的相互关系,并据此探讨了以支护结构安全性为标准的隧洞围岩稳定性评价新理念。该理论在新疆库尉输水工程的成功应用表明其具有较好的可靠性。数值试验结果显示各因素对拱顶围岩变形和喷层应力影响显著,且对大主应力的影响尤为明显,随变形的发展喷层拱顶处应力主轴对调,大、小主应力名称互换。喷层大主应力随弹性参数的增大而增大,随强度参数的增大而减小。该研究成果能为软岩隧洞工程的设计和施工提供理论指导。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

基于Sirovision的隧道岩面三维建模误差修正分析

为了解决传统方法测量岩体结构信息时存在的工作效率低、危险系数高且精度稳定性差的问题,对基于Sirovision的隧道岩体信息测量方法进行了研究。通过量化分析和对比试验,对测量环境和数据采集环节进行分析,研究了在复杂环境下,隧道围岩三维建模的误差来源,并提出了相应的控制点位置确定、测量点标识、加密点拼接的修正方法。采用修正后的测量方法,对滨莱高速工程姚家峪隧道进行了隧道岩体信息采集和稳定性分析,并取得了良好的效果。研究成果可为致力于将摄影测量技术应用于隧道安全施工和支护参数优化方面的技术人员参考。     

基于VBA语言开发的隧洞围岩类别与稳定性分析软件

确定隧洞围岩类别，评价隧洞围岩稳定性，并提出支护建议，是水利水电工程地质勘察和施工地质中经常遇到的工作。目前该工作由地质技术人员对应规范（GB50487-2008）进行人工计算。当隧洞较长，数据较多时，人工计算工作繁琐，且容易出错，影响工作效率和地质判别质量。作者利用VBA语言在Excel中编写隧洞围岩类别与稳定性自动分析软件，通过5种地质要素采集，自动计算围岩总评分，自动判别围岩类别，自动分析围岩稳定性，并相应给出隧洞围岩支护建议，可提高工作效率和成果质量。