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《北京交通大学》 2010年
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复杂地应力区隧道软弱围岩大变形控制技术研究

王树栋  
【摘要】: 隧道出现大变形现象的原因,一方面是膨胀性矿物成分的遇水膨胀作用,从而使隧道或洞室的周边产生大变形。另一方面是软弱围岩在高地应力作用下发生的挤压性变形,由于应力复杂,而岩石的强度较低,洞室在开挖后,周边将出现大范围的塑性破坏区,塑性区内的岩体发生剪切和挤压作用,迫使围岩中的质点向开挖空间进行移动,从而出现了大变形。 因地质条件存在不确定性以及施工中开挖方法和支护措施不合理等各种原因,在挤压性软弱围岩中隧道施工易发生塌方,从而影响施工安全、工期和工程投入。故在挤压性软弱围岩隧道施工中,选择合理的支护措施和施工方案对控制围岩大变形是十分重要的,本文以宜万铁路堡镇隧道软弱围岩大变形段施工为依托工程,综合应用现场实测、理论分析、数值模拟和室内试验等手段,并引入人工智能技术,进行了如下研究: (1)现场测试试验方法的研究及结果分析,测试内容包括围岩变形监测和各项选测项目; (2)堡镇隧道施工期软弱围岩段大变形预测的智能方法; (3)堡镇隧道软弱围岩大变形的机理及结构参数优化; (4)堡镇隧道软弱围岩物理力学参数与初始地应力场的三维弹塑性反分析; (5)高地应力软弱围岩预留变形量的确定; (6)高地应力软弱围岩大变形分级标准及相应工程措施; (7)堡镇隧道高地应力大变形段位移控制基准; 经对现场实测数据的统计分析,并结合理论分析和数值模拟,得出如下成果: (1)采用十进制遗传算法在BP网络训练过程中自动搜索训练效果最优的网络拓扑结构参数,形成进化神经元算法,并编制了相应的计算程序,将该算法和程序应用于堡镇隧道施工期软弱围岩大变形的多步滚动预测,应用结果表明该算法具有极高的预测精度。 (2)采用进化神经元算法进行堡镇隧道施工大变形段的围岩物理力学参数和初始地应力场反演,将获得的反演结果用于隧道后续施工的围岩变形短期预测,使用结果表明,该方法有较高的短期围岩变形预测精度。 (3)提出了不同地层结构的围岩预留变形量计算方法,以此确定了不同岩性、岩层组合发生大变形的预留变形量控制标准。 (4)综合考虑围岩抗压强度、地应力、弹性模量及侧压力系数等因素,引入综合系数α提出了大变形等级划分的综合指标判定方法,并明确给出了不同大变形等级下的防治技术措施。 (5)制定了堡镇隧道高地应力大变形段位移管理基准,并给出了不同管理等级和管理位移下的施工状态和工程措施。 以上研究成果在堡镇隧道软弱围岩大变形段施工中得到应用,有效地保证了该段围岩隧道的施工安全和工程质量,并为类似工程设计和施工提供了一定的指导作用。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U455.7

【引证文献】
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1 李建军;;大相岭泥巴山隧道高地应力段施工技术[J];铁道建筑技术;2012年01期
【参考文献】
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1 焦苍;祝江林;范鹏;徐成家;;浅埋软岩隧道开挖围岩变形非线性模拟分析[J];地下空间与工程学报;2005年05期
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【共引文献】
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10 胡继华;陈瑾;孔凡芬;;重庆龙王坪滑坡形成机制及稳定性综合评价[A];河南地球科学通报2011年卷(下册)[C];2011年
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1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵同彬;深部岩石蠕变特性试验及锚固围岩变形机理研究[D];山东科技大学;2009年
3 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年
4 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 贾瑞生;矿山开采沉陷三维建模与可视化方法研究[D];山东科技大学;2010年
6 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
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1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
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4 唐杰兵;平煤十一矿软岩破坏巷道修复治理研究[D];河南理工大学;2010年
5 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
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7 何寿迎;黄岛LPG地下储库稳定性分析及支护设计优化[D];山东科技大学;2010年
8 冯银银;隧道围岩应力与位移数值模拟与分析[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
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1 靳晓光;李晓红;;高地应力区深埋隧道软弱围岩支护结构力学特性研究[J];公路交通科技;2008年02期
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3 张文强;王庆林;李建伟;高攀;;木寨岭隧道大变形控制技术[J];隧道建设;2010年02期
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6 刘招伟;王明胜;方俊波;;高地应力大变形隧道支护系统的试验研究[J];土木工程学报;2010年05期
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【二级引证文献】
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1 陈瑜;深埋裂隙硬岩隧道灾害控制及相关问题研究[D];西南交通大学;2012年
【二级参考文献】
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2 吴丹泽;安远隧道软弱围岩大变形机理分析及其处治技术研究[D];长安大学;2011年
3 贾庆稳;高地应力下山岭隧道的地震破坏分析[D];大连理工大学;2011年
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