摘要：为系统分析深度学习在隧道及地下工程中的应用研究进展,分别从参数反演分析、施工机械参数预测与优化、施工及运营过程控制与风险评估、隧道安全监测与缺陷检测、隧道结构健康预测、围岩分级、掌子面图像识别与分类等7个方向对深度学习在隧道及地下工程问题中的应用现状进行研究。结果表明:1)参数反演理论体系的建立已基本完善,结合新型监测技术、计算机技术及仿真技术,建立多源化智能反演模型是今后隧道及地下工程反演方法的发展方向;2)掘进参数的准确预测对于优化施工机械性能及智能掘进过程具有至关重要的作用,且考虑掘进参数之间的相关性与差异性可进一步提高预测模型的泛化能力;3)以多源监测数据在时间与空间上的高度融合为决策基础,基于数据驱动技术的风险控制分析方法为隧道施工及运营阶段的动态设计与信息化施工提供智能化管理;4)特征融合深度神经网络与自适应像素级分割算法相结合的计算机视觉技术不仅降低了缺陷检测成本,更进一步保障了智慧防灾及安全监测系统与工程现场之间的适用性;5)以结构健康监测方法为核心技术,通过融合物理机制和深度学习算法构建的优化系统保障了隧道稳定性与变形预测的准确性与可靠性;6)基于多源信息获取技术的深度学习框架可提取岩体结构面特征参数并转化为定量指标,实现对不同地质环境及施工方法的隧道围岩智能分级;7)利用图像处理技术和深度学习算法,能够从复杂的掌子面图像中自动提取轮廓的有效信息,并进行精确的裂隙特征识别和量化分析。基于深度学习在隧道及地下工程中7类应用方向的总结分析,指出现有研究中存在数据处理实时共享难度大、缺乏模型预测准确度评价标准等问题,并结合隧道及地下空间智能化、绿色化与可持续化建设趋势,针对深度学习理论与其工程应用、隧道结构智能化防灾技术及“双碳战略”下新型隧道建造方式等方面提出展望。

摘要：裂隙使得岩体和土体的水热力特性明显不同,现有冻土理论难以解决低温岩体工程的冻融灾害问题。冻融过程中裂隙水的迁移机制、裂隙部位的传热机制、裂隙参数的动态演化以及非均质岩体水-热-力多场耦合作用是研究低温岩体冻融灾害的关键。从低温岩体水分迁移特性、热质传输特性、物理力学特性和水-热-力耦合特性4个方面分析了含相变低温岩体的研究进展。国内外在低温岩体方面的研究成果丰硕,但未充分考虑裂隙导致的非均质性和相变条件下裂隙部位水热力性能的特殊性;尚未探明低温岩体裂隙部位的水热迁移机制,缺乏真正意义上的用于研究低温裂隙岩体水热力特性的大型试验设备;虽开展了冻胀裂隙扩展研究,但尚未建立起考虑冻融全过程以及冻融循环作用的裂隙动态演化方程;低温岩体冻融灾害涉及微观层面的水热迁移、细观层面的裂隙演化和宏观层面的变形破坏,目前尚未建立起综合微观-细观-宏观成果的水-热-力耦合模型。要探明低温岩体的水热力特性,应以冰水相变为切入点,紧扣裂隙引起的非连续特性,研发大型试验设备、探明裂隙水热迁移机制、推导裂隙演化方程、构建水-热-力耦合模型,开发数值模拟程序,最终实现对低温岩体冻融灾害的仿真模拟研究。

摘要：【目的】莫斯科—喀山高速铁路(简称“莫喀高铁”)是我国参与的高纬度地区重要代表性工程,因此有必要掌握沿线地区气温特征以助力该工程的设计与建设。【方法】基于英国东英吉利大学气候研究中心(Climate Research Unit,CRU)的1901—2021年CRU格点数据月平均气温数据集,研究了莫喀高铁沿线地区的气温冻融指数变化趋势及空间变化特征。【结果】莫喀高铁沿线地区1901—2021年年冻结指数平均值为411.23~1773.70℃·d,总体呈波动下降趋势;年融化指数平均值为2223.69~3170.31℃·d,总体呈波动上升趋势。这表明1901—2021年莫喀高铁沿线地区的年平均气温是逐渐升高的。在空间分布上,莫喀高铁沿线地区1901—2021年的多年平均冻结指数呈明显的由西向东递增的趋势,多年平均冻结指数为841.55~1360.13℃·d,而该地区多年平均融化指数整体相差不大,为2654.40~2748.63℃·d,由中部向东西两侧递增。这表明:自下诺夫哥罗德到莫斯科地区,气温逐渐降低,而自下诺夫哥罗德到喀山地区,气温逐渐升高;莫喀高铁沿线地区气温自西向东逐渐升高,莫斯科地区升温相对不明显,而喀山是升温最明显的地区。【结论】采用CRU格点气温数据集来研究莫喀高铁沿线地区大气冻融指数时空变化特征是一种较为有效的手段,可为研究该高速铁路沿线地区的气候变化特征、冻土状态和其他工程建设提供科学借鉴。

摘要：为探讨柔性单桩在水平与上拔组合荷载下的承载特性,开展了两组共6根单桩室内模型加载试验。其结果表明:相比于纯水平受荷桩的极限承载力Hu1,预先施加不超过0.5Tu1(纯上拔桩的极限承载力)的上拔荷载能够提高单桩的水平极限承载力,且随上拔荷载增加,水平极限承载力先增大后减小;增大预先施加的上拔荷载降低了同一水平荷载下桩身的弯矩及土反力,也削弱了地基的水平刚度,综合影响下桩身的水平位移先减小后增大;预先施加不超过0.5Hu1的水平荷载主要增大0~10D(D为外径)范围内桩身的平均摩阻力从而提高上拔极限承载力值,且水平荷载越大,其提高效果越显著;当水平荷载达到0.5Hu1时,对应的上拔极限承载力相比Tu1增加了17.1%,设计中可对增加的上拔极限承载力给予考虑。进一步通过理论研究验证了试验结果的合理性,给出了组合荷载下柔性桩的上拔极限承载力计算公式,其计算误差在6%范围内。

摘要：为合理评估地下结构在使用寿命周期内的抗浮性能,设计一种多功能模型试验系统,模拟不同水力梯度作用下重塑黄土和粉质黏土中孔隙水压力的传递过程,开展竖向渗流条件和侧向渗流条件下两种土体介质中地下结构承受水压变化规律试验;基于修正K-C(Kozeny-Carman)渗流理论提出用于描述弱渗透性土体介质中孔压竖向传递的数学模型。研究结果表明:在相同水力梯度作用下粉质黏土中同一测点的孔压值较重塑黄土中小,且趋于稳定所需时间较长;当两种土体介质中发生竖向渗流或侧向渗流时,地下结构承受的水压均比理论静水压力小;所提出的数学模型能够较好地描述重塑黄土和粉质黏土介质中孔压的传递过程;在实际工程中,应考虑结构自身对地下渗流场的影响和特殊土体介质对孔隙水渗流的影响,从而实现更合理的抗浮设计。

摘要：为研究地裂缝环境下结构的动力响应规律,首次进行跨地裂缝结构和无地裂缝环境下结构振动台对比试验,分析地震作用下跨地裂缝结构的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应和应变响应。研究结果表明:地震波传至上盘和下盘地表的峰值加速度、峰值时间、频率及相位等均存在差异,形成非一致性地震激励;此外,地裂缝场地对土层加速度有放大效应,同一层土的最大加速度出现在靠近地裂缝的上盘处。跨地裂缝结构处于上盘的构件损伤程度明显大于下盘;在相同地震激励作用下,跨地裂缝结构的动力反应与无地裂缝环境工况相比更加剧烈。跨地裂缝结构的侧向位移最大值并不是全部出现在顶层,这是由于地裂缝上下盘的不均匀沉降作用和基础附加变形综合造成的。跨地裂缝结构的柱钢筋应变幅值分布具有上下盘分布规律,即处于上盘柱的钢筋应变幅值明显大于下盘柱。研究成果可为地裂缝环境下结构设计提供参考。

摘要：为探究硬岩蠕变全过程中各阶段的变形特征,对硬质凝灰岩开展恒围压、分级升轴压的室内蠕变试验。通过不同应力路径下硬岩蠕变特征分析,结合扫描电镜(SEM)测试探讨岩石细观损伤演化机制与宏观破坏特征之间的关系;基于蠕变过程中岩石力学性能随时间的劣化效应,引入损伤变量构建能描述硬岩蠕变全过程的损伤本构模型;引入优化的BP神经网络模型,改善模型参数的识别与预测效果。研究结果表明:随偏应力水平提高,硬质凝灰岩表现出较为明显的脆–延性变形转化特征,且岩石蠕变现象更加明显;在较高偏应力持续作用下,岩石损伤累积与力学性能劣化更加充分,进而引起破坏阶段硬质凝灰岩的加速蠕变特征随围压增加而突显,硬岩破坏变得更加剧烈。改进后的损伤本构模型与Burgers模型相比能更好地描述硬岩蠕变全过程,基于优化后的BP神经网络模型,能准确预测高应力水平下硬岩的加速蠕变曲线,提高了模型的适用性。研究成果不仅丰富了硬岩蠕变本构模型的理论研究,还可为硬岩地层中工程岩体长期稳定性设计提供理论支持。

摘要：湿陷性黄土具有水敏性,黄土隧道地基浸水湿陷易诱发衬砌开裂等各类病害问题。为指导黄土地区隧道地基处治设计,依托黄土地铁隧道工程,研发地基浸水模型试验装置,系统开展地表三轴搅拌桩处治隧道基底地基效果的模型试验,针对桩间距和处治深度2个主要因素,通过监测隧道结构受力变形特性,来评价不同桩间距和处治深度对处治效果的影响。结果表明:桩间距越小,地基浸水引起的衬砌受力变化值越小,当桩间距减小到2.1m时,进一步减小桩间距地基处理效果增加不明显;地基处治深度越大,对地基浸水引起的衬砌结构受力控制越明显,当处治深度达到6 m时,浸水引起的隧道衬砌各点受力变化不明显,因此隧道基底湿陷地基处理只要达到6 m即可,允许有3 m的剩余湿陷量。隧道结构受力对处治深度的敏感性大于桩间距,地基处治深度达到6 m时,进一步减小桩间距对处治效果没有明显作用,隧道湿陷地基处理应首先考虑保证足够的处治深度,即应遵循"宁长勿密"的原则。

摘要：黄土力学特性对地层水环境变化极为敏感,水敏性黄土地层浸水对工程结构影响明显。为系统研究大厚度黄土地层浸水对地铁隧道的影响,自主研制可以再现基底和地表浸水工况的模型箱,综合考虑浸水影响因素制定不同工况,开展不同工况下隧道结构力学响应的模型试验,分析黄土地层浸水对地铁隧道的影响机制,建议湿陷性地基剩余湿陷量控制标准。结果表明:(1)随浸水深度增加,隧道基底和地表局部浸水均会引起土压力重分布,受地层的荷载传递机制影响,土压力变化趋势不均匀;基底全幅浸水土压力随着浸水深度增加逐渐减小,地表全幅均匀浸水土压力逐渐增大,两者变化趋势相对均匀。(2)基底局部浸水导致隧道地基局部承载力降低,引起隧道衬砌弯矩发生不规律变化,基底全幅均匀浸水导致隧道地基承载力均匀降低,衬砌各点的弯矩变化相对均匀;地表局部浸水隧道上方地层结构强度局部丧失,荷载逐渐作用于隧道衬砌上引起衬砌弯矩快速增大,地表全幅均匀浸水衬砌弯矩随着浸水深度的增加而增加。(3)基底局部浸水和地表局部浸水时,隧道发生了明显的水平位移和竖向位移;基底全幅浸水和地表全幅浸水隧道主要以竖向位移为主,水平位移不明显,基底浸水引起的隧道位移比地表浸水更大,局部不均匀浸水导致的差异沉降对隧道具有附加扭转作用,对隧道整体受力更不利。(4)当隧道基底湿陷地层为30 cm时,仅仅湿陷10 cm对隧道整体影响不大,允许有10 cm的剩余湿陷量,建议湿陷性地基的处治深度为20 cm。研究结果可为大厚度黄土地区地铁隧道前期设计及后期运营提供借鉴。

摘要：根据无固定连接式压缩机基础的特点,在大块式基础质量-弹簧-阻尼模型的基础上,考虑压缩机底撬下部及周边垫层的作用,建立了无固定连接式压缩机基础的动力计算模型;通过分析压缩机底撬与垫层相互作用的特点,提出了垫层刚度的计算方法;结合动力计算理论,得到了无固定连接式压缩机基础的动力计算方法。现场测试采集了底撬和基础在压缩机运行中的位移以及基槽侧壁与基础底部在压缩机运行前后的压力变化值,利用无固定连接式压缩机基础动力计算方法对现场试验的各测点进行了动力计算。最后将计算结果与现场试验数据进行对比,结果表明,计算结果偏大,对设计偏安全,两者误差也在合理范围内,验证了计算方法的合理性。