秦岭隧洞花岗岩段掘进机滚刀破岩规律及掘进特征

为更好掌握TBM掘进性能，以引汉济渭工程秦岭隧洞花岗岩段为研究对象，通过滚刀破岩试验与施工参数分析，获得了滚刀破岩机理，揭示了掘进速度、设备利用率等TBM掘进性能指标的变化规律。结果表明：在设定地应力条件下，随着贯入度增加，滚刀法向力增大，且其变化幅度增加、变化频率加快，增加了相邻滚刀间形成大岩片的数量；高地应力条件下，因多次发生岩爆，TBM平均掘进速度、设备利用率均较低；现场贯入指标、岩石掘进效率指标沿桩号的变化基本同步，但现场贯入指标能更好评价TBM破岩性能。通过调整支护、清渣和施工组织方式，提高辅助作业效率，并及时调整TBM掘进参数、改进滚刀刀刃材质，可保障TBM高效运行，为该隧洞TBM后续掘进提供相应对策。     

TBM双滚刀间距及入岩次序对破岩效果影响研究

TBM滚刀位置布置对于TBM掘进效率极为重要,为研究TBM双滚刀间距及入岩次序对破岩效果的影响,利用二维离散元颗粒流软件(PFC2D)建立TBM双滚刀破岩模型,对TBM破岩过程中裂纹的扩展、岩石破坏形式、岩片面积、破岩比能、滚刀推力等变化进行了模拟分析。结果表明:(1)滚刀间距对于破岩效果具有较为明显的影响。间距过小时,滚刀间形成的岩片过于粉碎,滚刀间距过大,相邻滚刀形成的裂纹无法贯通,滚刀之间形成岩脊。间距不同破岩比能不同,存在最优滚刀间距现象。(2)滚刀入岩次序影响破岩效果。前后滚刀对于岩石的损伤深度和范围不同,同时破岩时左右滚刀所需垂直力较为接近,顺次破岩时后滚刀所需垂直力平均值小于前滚刀。相同滚刀间距下顺次破岩比能高于同时破岩时的比能,破岩效果将低于同时破岩情况。研究成果可为TBM滚刀布置设计提供一定参考。     

基于不同岩石破坏方式的滚刀效率评价模型研究

目前对TBM滚刀破岩效率评价大多采用量化计算破岩比能(ηse)的方法,其中岩石破碎体积为影响破岩比能的关键因素,岩石在滚刀作用下的破坏体积与其破坏方式关系密切。为此,结合岩石不同破坏方式,讨论了岩石破碎体积的一种简易实用的计算方法。基于岩石破坏过程中以剪切破坏和张拉破坏为主的特性,提出了以岩石破坏时裂纹长度与剪切面在岩石自由表面投影长度以及滚刀刀刃宽度之间的关系来识别岩石破坏方式,在此基础上计算岩石破碎体积,结合CSM预测模型,推导出一种破岩比能水平量化计算方法。通过实例对该方法进行计算验证,分析了破岩比能(ηse)与刀间距(S)、刀具磨损量(w)之间的关系,得出了ηse-S曲线与ηse-w曲线,表明存在最优刀间距,且随着磨损量增大,比能值也将增大。所述的预测模型能够对TBM破岩时刀间距的优化、刀具的更换提供理论依据。更多还原     

不同岩性下TBM滚刀破岩过程离散元分析

为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段及残余跃进阶段;胶结破坏类型主要呈拉剪破坏与压剪破坏两种;滚刀破岩过程中受到的阻力可以用峰值法向推力表示,阻力大小取决于岩性,破岩阻力随着岩石单轴抗压强度的增大而增大;通过胶结破岩比能耗来评价破岩效率,对于坚硬岩,三滚刀破岩效率最高,对于强度较低的岩石,采用单滚刀破岩效率更高。     

关埠引水隧洞超高强度岩石TBM刀具选型及布置

榕江关埠引水工程输水隧洞采用双护盾TBM掘进机施工,隧洞围岩大部分为弱风化—微风化花岗岩,围岩坚硬完整、岩石强度高(最高强度达190～230MPa)。刀盘是TBM重要部件,刀盘设计的合理性对提高TBM掘进效率,降低施工成本起着决定性的作用。通过对隧洞岩石强度以及滚刀破岩机理综合分析,初步确定刀具形式、滚刀间距、滚刀直径等刀盘参数,为硬岩掘进创造基本条件;通过对滚刀启动扭矩及单刀承载力等的分析,对刀盘初期设计参数进一步优化,适当增加滚刀数量,提高了TBM的掘进效率。     

输水隧洞工程TBM施工安全指标评价体系构建

针对输水隧洞工程TBM施工的特点,构建了TBM施工安全指标评价体系,并且运用AHP—模糊综合评价法进行了计算分析,可为我国输水隧洞工程TBM施工安全指标评价提供参考。     

大直径盘型滚刀在TBM上的应用

刀具是TBM破岩的主要工具,刀具的消耗量对隧道掘进施工进度和施工成本的影响至关重要,研制开发大直径滚刀是TBM发展的必然趋势。本文介绍了20″盘型滚刀研制思路及应用情况,根据工程实例统计,20″较19″滚刀更换量减少40%、设备利用率高出20%~30%,对TBM掘进效率提升的效果非常明显,经济效益也极其可观。     

TBM施工中岩石可钻性测试与评价技术综述

岩石的可钻性是评价TBM隧道施工难易程度的重要指标,其测试方法必须与TBM的设计与施工过程相匹配。因国内的TBM研发及施工技术起步较晚,岩石可钻性测试与评价方法仍以国外的技术为主。通过大量查阅国内外文献,基于常用掘进效率预测模型的需要,从岩石硬度、脆性和磨耗性3个方面对岩石可钻性指标测试与评价技术进行了较为详细的介绍。基于这些测试方法的试验成果,为我国TBM的刀盘设计、刀具磨损及掘进速率的预测提供了基础资料。建议尽快建立我国TBM可钻性实验室及相应数据库。     

TBM滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究

为研究全断面岩石掘进机(TBM)滚刀破岩机理与破岩效果影响因素,采用颗粒流程序(PFC)建立滚刀破岩模型,通过单轴压缩与巴西劈裂试验结果,标定PFC程序参数,模拟滚刀破岩过程并对岩石强度、围压等破岩效果影响进行研究分析。结果表明:滚刀破岩历经前期压密、中期挤压剪切、后期挤压张拉破坏的组合破岩模式,整个破岩过程中滚刀出现反复加-卸荷交替及跃进破岩现象。岩石强度过高难以产生径向裂纹、强度过低侧向裂纹扩展不明显,破岩效果均不佳,TBM滚刀只对于中等强度范围内岩石较为合适。围压影响裂纹生成与扩展,较高时将抑制径向裂纹发育,降低破岩整体效果。研究成果可为TBM选型及滚刀设计提供一定参考。     

贯入度对引汉济渭秦岭隧洞TBM滚刀磨损影响实验研究

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM掘进施工在试掘进阶段因遭遇高磨蚀性硬岩地层,滚刀发生异常磨损,施工进度严重滞后计划进度。为了降低刀具的磨损,必须研究施工因素对刀具磨损的影响,而贯入度对滚刀的磨损较为敏感。以引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程为背景,通过缩尺滚刀实验,对不同贯入度下的滚刀磨损进行实验分析,确定了降低滚刀磨损的合适贯入度值,降低了滚刀的磨损,为高磨蚀性地层TBM现场掘进施工提供指导。     

GM(1,1)改进模型在年径流量预测上的应用

背景值是影响灰色模型预测精度的关键性因素之一,GM(1,1)改进模型是在对背景值进行优化的基础上建立的灰色模型。通过对研究区年均径流量资料进行分析,根据径流量和时间的关系,建立了GM(1,1)改进模型,并将其应用于年径流量的预测,取得了较好的效果。     

AN IMPROVED ALGORITHM FOR DPIV CORRELATION ANALYSIS

In a Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) system, the correlation of digital images is normally used to acquire the displacement information of particles and give estimates of the flow field. The accuracy and robustness of the correlation algorithm directly affect the validity of the analysis result. In this article, an improved algorithm for the correlation analysis was proposed which could be used to optimize the selection/determination of the correlation window, analysis area and search path. This algorithm not only reduces largely the amount of calculation, but also improves effectively the accuracy and reliability of the correlation analysis. The algorithm was demonstrated to be accurate and efficient in the measurement of the velocity field in a flocculation pool.     

基于EEMD与SE的IPSO-LSSVM模型在坝肩边坡变形预测中的应用

坝肩边坡变形在外部因素影响下呈现出不确定性和随机性,从而不易预测。基于聚类模态分解(EEMD)、样本熵(SE)和改进型粒子群算法优化的最小二乘支持向量机(IPSO-LSSVM)方法,提出一种名为EEMD-SE-IPSO-LSSVM的坝肩边坡变形预测模型。首先,利用EEMD将原始坝肩边坡变形时间序列分解为若干个不同复杂度的子序列,并基于SE判定各子序列的复杂度,将相近的子序列进行合并重组以减少计算规模;然后,分别对各重组子序列建立IPSO-LSSVM预测模型;最后,将各预测分量进行叠加重构,得到最终的大坝变形预测值。以澜沧江苗尾水电站左岸坝肩边坡为例,将BPNN、RBFNN、LSSVM、EEMD-SE-LSSVM与EEMD-SE-PSO-LSSVM进行对比研究。结果表明,该模型的计算精度优于其他神经网络模型,具有较好的适宜性和稳定性,是一种可靠的坝肩边坡变形预测方法,能够为大坝安全监测提供有价值的参考。     

改进的非等间距灰色模型在大坝位移预测中的应用

传统GM(1,1)预测模型在大坝位移拟合及预测中存在优化方式单一、适应性不佳等不足,一定程度上影响模型的预测效果。基于蛙跳算法,通过优化背景值和平滑系数、寻找最优定解条件以及残差优化等方法,提出了改进的非等间距GM(1,1)大坝位移预测模型。结合相关工程实例,对比分析了2种模型的拟合效果和预测精度,说明了相对于传统GM(1,1)大坝位移预测模型,改进的GM(1,1)大坝位移预测模型能有效提高位移预测精度,可以应用于实际大坝结构中的位移监控及预测。     

基于IGA-BPNN的水电站厂房振动响应预测

为实现水电站厂房结构振动的整体运行状态智能预测,解决多振源耦合与振动响应随机性等问题,以某一河床式水电站厂房振动响应为例,提出了一种基于IGA-BPNN的水电站厂房振动响应预测模型。首先利用IGA对BPNN初始权重值和阈值进行优化,充分发挥IGA高效并行、全局搜索的特点,再通过BPNN网络训练得到结构振动位移预测值。原型观测实例表明,测点振动位移预测值的最大相对误差不超过11%;IGA-BPNN模型与其他模型相比,在预测精度和收敛性能等方面有了明显提升,说明该预测方法有效,可为其他类型水电站的振动研究提供参考。     

Application of SSOR-PCGM with improved iteration format in FEM simulation of massive concrete

In this study, for the purpose of improving the efficiency and accuracy of numerical simulation of massive concrete, the symmetric successive over relaxation-preconditioned conjugate gradient method (SSOR-PCGM) with an improved iteration format was derived and applied to solution of large sparse symmetric positive definite linear equations in the computational process of the finite element analysis. A three-dimensional simulation program for massive concrete was developed based on SSOR-PCGM with an improved...     

基于改进的层次法的防渗方案优化分析

黄壁庄水库副坝工程自投入运行以来,坝身及上游铺盖多次发生裂缝及踏坑;下游排水沟及减压井多次发生冒沙和管涌现象。采用一种改进的层次分析法,从可靠性、耐久性、施工条件、运行管理、经济因素及环境因素六个方面对河北省水利厅提出的四种防渗方案进行综合评价。结果表明,坝顶组合垂直防渗方案为最优防渗方案。     

新安江模型参数优选的改进粒子群算法

借鉴竞争演化和多种群混合的思想,对粒子群算法(PSO)进行改进,建立并行种群混合进化的粒子群算法(PMSE-PSO)和序列主-从种群混合进行的粒子群算法(SMSE-PSO)。数值模拟结果表明,这两种改进的粒子群算法具有较高的计算效率、较强的自适应性和稳定性。将PMSE-PSO和SMSE-PSO应用于新安江模型的参数优选中,通过与PSO和SCE-UA的比较可以看出,PMSE-PSO和SMSE-PSO不仅具有较好的全局优化性能和稳定性,而且在调用目标函数次数相同的情况下精度较高,是一种有效的新安江模型参数优选方法。     

施工导流方案的多目标总体综合评价方法

施工导流方案的选择是一个复杂的多目标决策问题，针对施工导流工程的特点，建立了多目标决策模型；利用改进层次分析法（IAHP），确定各目标在评价对象中的权重，再根据多目标决策理论，将其转化为单指标决策模型；利用总体综合评价方法对方案进行评价，算例验证了该方法的可行性，分析中以为导流方案选择提供决策支持。     

基于改进G2-AEW-UMT模型的引水隧洞结构安全评价

引水隧洞作为引调水工程的关键环节,决定着引调水工程的整体质量。为避免在运营期间造成非必要的经济损失,结合西北地区寒冷干旱特征,建立引水隧洞安全评价指标体系,引用未确知测度理论(Unascertained measure theory,UMT)模型进行结构安全评价。采用改进G2-反熵权法(Anti-entropy weight,AEW)进行主客观权重计算,用拉格朗日乘子法进行主客观组合赋权计算,在未确知测度理论基础上采用置信度识别准则进行安全等级识别。运用该模型以引大入秦1^#挪威隧洞中4个典型断面进行结构安全评价,得出各断面安全等级,洞段4+757.50~4+797.00与洞段5+071.00~5+135.00评价结果为结构存在轻微破坏,洞段4+247.01~4+281.60和洞段6+240.00~6+346.26评价结果为结构存在较严重破坏。通过论证,评价结果与实际情况一致,表明该模型对西北地区引水隧洞安全评价有效并且实用,可运用于长距离输水工程安全评价。