基于LSSVM对盾构施工诱发地面塌陷变形预测

成都地铁1,2号线盾构在砂卵石地层施工诱发多次地面塌陷事故,其地面塌陷变形曲线受多种因素影响,且各因素对地面塌陷变形曲线的影响表现出非线性特性,因此地面塌陷变形曲线很难用显示的数学表达式进行求解。最小二乘支持向量机是基于统计学习理论的机器学习方法,该方法能避免传统神经网络诸多缺陷,能够分析复杂因素对结果影响的潜在规律,据此引入最小二乘支持向量机,以地层物理力学参数、盾构埋深和地层损失数量为输入参数,建立地面塌陷变形曲线预测模型。经过样本检验,预测模型具有较强的泛化能力,预测结果精度和可靠性较高。     

不同开采深度巷道围岩软化临界载荷研究

为了研究巷道围岩软化临界载荷,建立不同广义围岩强度的数值模型,通过数值模拟计算分析,观察不同广义围岩强度在不同载荷作用下的破坏特征,重点研究了煤层周边3～5倍巷宽范围内的围岩在不同载荷作用下的破坏特征,通过不同强度围岩对载荷的力学响应分析,获得围岩的软化临界载荷,结果表明：直接顶、煤层、直接底的软化临界载荷为17.5～20.0、12.5～20.0、15.0～17.5 MPa,基本顶与基本底的情况相同,在所研究的开采深度范围内是巷道围岩稳定的。     

砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明：1)开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2)当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3)开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。     

不同深度顶板围岩对沿空巷道的影响分析

为了研究软弱顶板和坚硬顶板对沿空巷道围岩的影响作用,采用二维有限差分软件FLAC2D进行计算分析。分析结果表明,随着开采深度的增大,软弱顶板巷道围岩变形以顶底板和两帮为主。坚硬顶板巷道围岩变形是以底板和两帮变形为主。坚硬顶板沿空巷道的底臌变形比较大,在开采过程中需注意底臌变形。     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动.研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞,也不会立刻引起地面塌陷,这是地面滞后塌陷的重要原因.     

浅埋大断面隧道施工工法优化分析

为了探索适合青岛胶州湾海底隧道陆域大断面段施工过程中的最合理施工工法,采用三维有限差分软件FLAC3D对4种常用施工工法进行数值计算优化分析,分析结果表明:双侧壁导坑法即眼镜法对地表沉降、洞周收敛和围岩稳定的影响方面要优于其他工法,而CD法施工主要对衬砌安全方面效果最佳。在实际施工过程中,综合考虑施工工期、进度、隧道埋深、洞径等,选择最佳施工工法。由于青岛海底隧道陆域大断面段隧道跨度较大,净空高,开挖台阶也高,致使钢支撑质量较大,安装困难,不宜使用CD法,最终确定选择双侧壁导坑法施工。通过实际工程验证,双侧壁导坑法在青岛胶州湾海底隧道陆域大断面段取得了显著的社会、经济效益,为今后类似工程对于该种工法的应用起到了很好的借鉴和指导作用。     

砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明：1）开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2）当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3）开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动。研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞,也不会立刻引起地面塌陷,这是地面滞后塌陷的重要原因。