摘要：面对隧道支护参数设计与实际地质条件匹配度较低的“通病”,智能支护理念呼声日趋增高,但实际研究与实施较少,建立智能支护决策方法对解决此问题具有重要意义。综合考量支护参数多样性与智能算法的适应性,通过改进随机森林算法与粒子群优化算法,提出一种适配多标签多输出数据类型的IPSO-MOC-RF智能决策算法。以勘察设计阶段、施工阶段及岩爆灾害为研究场景,建立支护参数分类指标体系;结合工程成功案例分别收集285,480和543份数据样本用于训练模型,MR值分别为0.886,0.917和0.897,汉明损失值为0.046~0.091;训练效果相比传统算法有明显提升,验证了该模型能有效提取地质指标与支护参数之间的复杂非线性映射特性。此外,通过Cesium平台集成BIM模型和智能决策模型建立隧道智能支护云平台,并应用于峨汉高速大峡谷隧道;采用统计对比分析、理论分析与现场连续监测的方法验证智能决策结果的有效性。结果表明:勘察设计阶段的7个样本中仅有1个结果失效;施工阶段的47个断面中仅有3个结果失效,选用的3个试验段全部成功,拱顶最大位移变形量为36.4 mm,边墙为25.8 mm;岩爆灾害的3个试验段均成功应用。模型应用效果显著,验证了该方法工程实际应用的可行性,可为隧道智能化建造的研究提供一种新思路。

摘要：为解决山地轨道交通隧道在BIM建模中存在的隧道线路偏差大、隧道构件复杂繁多、属性添加效率低以及呈现效果单一等问题,提出一种基于Revit+Dynamo+Excel及EVS软件的山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法。结合隧道线性工程特点,对Revit内置Dynamo插件二次开发,实现隧道快速精准的参数化建模和批量定义属性参数。提出基于EVS软件建立隧道三维地质体模型的方法,制定地层建模和岩性建模的实现方式和标准流程,结合隧道BIM模型全面实现隧道建设过程中的可视化。依托施家山隧道项目,基于Cesium框架实现了BIM模型、GIS地表和地质体三维模型的集成,实现三维可视化模型与模型属性、数据信息等可交互式操作。实践表明,Geo-BIM建模方法可以快速地对隧道BIM模型及其三维地质模型进行建模,通过集成后的模型信息之间能够表现出很好的交互效果,具有良好的工程应用价值。

摘要：重大建设项目对施工过程中岩土体稳定性提出了更高的要求,常以一种动态设计施工模式来应对工程体的各类突发状况与病害。流变损伤模型既能反映岩土体在施工过程中变形的时效发展,又能反映其力学性质的时效劣化,继而能较准确地掌握工程体动态稳定性。基于以上考虑,为体现卸载边坡工程在卸载回弹阶段的瞬时塑性特征和时效演化阶段的黏塑性特征,因此,在流变模型中引入加载塑性元件和黏塑性元件,建立了复合黏弹塑(弹-黏-黏弹-黏塑-塑)模型,室内岩石压缩(卸载)蠕变试验证明了该流变模型的合理性,并对其参数进行辨识。在此基础上,从几何研究方法出发,引入反映节理分布的初始损伤张量及一种等效的依据黏塑性偏应变推导出的损伤演化方程,最终建立了一种新型的节理岩体等效流变损伤模型。将此模型用于川东红层某软硬岩互层型路堑边坡的卸载分析,结果表明:随不同的开挖阶段,易损部位(软岩集中段、软岩深埋段、软硬交接硬岩段)在瞬时卸载回弹阶段的塑性损伤和时效演化阶段的黏塑性损伤逐渐积累,边坡浅表部逐渐出现卸载损伤(松弛)带,在损伤累积中边坡各部位蠕变速率呈不同程度的增长。计算结果较好地反映了边坡变形、损伤发展与动态稳定性特征,其研究结果对于指导支护时机及相应的信息化施工具有一定的意义。

摘要：以紫荆隧道为研究对象,结合钻爆法施工过程建立了紫荆隧道微震监测系统。通过现场仪器设备的安装布设、信号采集识别及分析处理和围岩微震特性的分析,对交通隧道钻爆法施工开挖岩体微破裂萌生、发育、扩展的全过程进行监控,实现了微震活动的全天候全时段监测,并采用RFPA2D模拟隧道开挖过程中的岩体破裂行为,建立了一套适用于隧道钻爆法施工的微震监测体系与技术方法。微震监测结果表明,隧道开挖后拱顶和右拱脚区域微震活动活跃、震级较大,其余区域零散的分散着微震事件,微震事件在拱顶区域更为集中。模拟结果显示,开挖后拱顶区域破坏事件较多,声发射能力较大,最终发生似"X"型破坏,且破坏前出现了事件数量的突增现象。

摘要：硬岩隧道开挖过程中的岩爆灾害与隧道围岩的应力状态密切相关,卸压爆破可减缓围岩体应力集中程度,是一种直接有效的岩爆防治措施。以巴陕高速公路米仓山隧道岩爆段卸压爆破为例,运用GDEM-BlockDyna(块体动力学仿真系统)软件进行考虑高地应力和岩体非均质性条件的隧道分步开挖数值模拟分析;将卸压爆破作为唯一变量,进行了两组方案(是否进行卸压爆破)的数值模拟对比分析,并结合微震监测数据,对隧道围岩卸压爆破效果进行检验。结果表明:在隧道围岩分步开挖过程(未进行卸压爆破)的模拟中,围岩出现起裂损伤,应力集中和局部裂纹贯通等现象,并可能诱发岩爆灾害;在围岩卸压爆破条件下,围岩应力集中以及损伤程度有所降低,岩爆风险得到抑制。对比两组模拟结果,损伤均集中于拱顶及拱底,损伤半径比值(卸压/未卸压)分别为3.4倍(拱顶)、1.47倍(拱底),损伤体积比值(卸压/未卸压)为5.36倍,但区域最大损伤量值从1(未卸压)降低到0.6(卸压),且围岩应力峰值降低约5 MPa,应力梯度降低0.8 MPa·m-1,表明围岩仍具有自稳能力,岩爆发生风险降低。相关结果可为隧道高地应力围岩段实施卸压爆破和合理设计卸压爆破方式提供理论依据。

摘要：热力作用下岩石本构行为的研究对深部资源开采、地热资源开发、深埋长大地下工程设施建设等岩石工程问题具有重要意义。基于现有岩石损伤劣化统计本构模型研究,引入三参量Weibull分布、热损伤、Drucker-Prager屈服准则和残余强度修正系数,经过严密的数学推导,建立了考虑岩石起裂应力的热–力–损伤本构模型,并确定了其参数表达式。采用围压25 MPa、不同温度(20℃,60℃,130℃)条件下黑云母花岗岩三轴压缩试验结果对模型进行了验证。结果表明:模型理论曲线和试验曲线具有较高的吻合度,能够客观地反映岩石热力破裂应力应变全过程和残余强度,且参数物理意义明确。最后,将本构模型嵌入FLAC数值分析软件,对瑞典APSE隧道开挖过程的热力响应进行了数值分析,计算结果较好地反映了隧道现场围岩的破坏规律。

摘要：深部复杂环境中热力条件下岩石破裂机理是当前研究热点之一。采用统计方法对工程温压内花岗岩单轴、三轴压缩、三轴卸荷试验条件下宏观破裂特征进行了分区分析,并探讨了其机理。结果显示:低温低围压区(20~40℃、0~5 MPa)岩样以剪切破坏为主,伴有次级张拉裂缝。低温高围压区(20~40℃、15~30 MPa)岩样为剪切破坏,且随着围压升高,出现多个剪切破裂面。高温低围压区(60~130℃、0~5 MPa)岩样为张拉破坏。高温高围压区(60~130℃、15~30 MPa)岩样为剪切破坏。围压增加试样峰值强度明显增加,升温试样峰值强度变化不大。研究表明:在工程温压内,岩样性能主要受围压影响;温度对岩样破裂方式有一定的影响,尤其是低围压区。针对温压耦合条件,传统的考虑单一变量的分析结果偏于片面,而分区考虑双变量的分析结果更为客观合理;宜建立多破裂面复合型模型探讨其发生机理。

摘要：随着我国西部地区一系列重大地下工程的开工,越来越多岩爆灾害的出现给施工人员和机械安全带来严重危害。但是岩爆在特定地质结构中有着复杂的破坏类型和破裂面特征。因此,正确认识岩爆破坏过程的特征成为亟待解决的课题。应用GDEM软件对3种典型应力-结构型岩爆进行模拟重现,探讨岩爆孕育过程、岩爆块体运动特征和岩爆系统能量特征。研究表明,在不同岩体结构下弯曲-鼓折、张裂-滑移、张裂-倾倒岩爆的破坏形式和能量演化具有较大差别;数值模拟直观地展示了岩爆发生时不仅会产生块体的弹射现象,而且会导致岩爆坑一定深度范围岩体的损伤和破碎。研究结果可为应力-结构型岩爆孕育机理提供参考依据,同时为施工中对岩爆破坏现象的宏观认识及岩爆防护措施设计提供参考。

摘要：隧道超前地质预报的准确性对隧道施工有重要意义。本文根据工程实际首先建立了一套较为全面的综合超前地质预报解译规则,并提出了一种基于BP神经网络的隧道智能超前地质预报模型,利用隧道掌子面地质调查法、地震波反射法、电磁波反射法获得定性定量指标,将各种指标转化为神经网络可以学习的数据,输入模型进行训练。与传统人工预报相比,该模型更加快速准确。我们将训练有素的模型应用于米仓山隧道,结果表明,该模型能够准确进行超前地质预报,在隧道建设过程中具有很大的应用价值。