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原创科学论文隧道围岩弹塑性分析方法对比分析
摘要：弹塑性分析是获取围岩力学特性的重要方法，但选择合理的分析方法却是一个难题。为探究围岩本构关系与屈服准则分析方法之间的差异，采用双线性本构关系与统一强度准则分析方法，对淮南煤业集团谢义矿王峰岗井−817 m 灭火材料仓处巷道围岩应力分布与变形特征进行分析，对比2种分析方法的计算结果，探讨原岩应力与支护阻力作用下巷道围岩塑性区半径与位移的演化规律。结果表明：与统一强度准则分析法相比，双线性本构关系分析法避免了中间主应力系数对结果的影响，切向应力分布曲线平滑。计算得到的隧道塑性区半径和周边位移分别为 4 365 m 和 87 373 mm，均大于统一强度准则分析方法的计算值。应力差是影响隧道围岩力学特性的主要因素，当应力差由 20.4 MPa 减小到 16.4 MPa 时，隧道塑性区半径和周边位移分别减小了 0.697 m 和 26.73 mm。研究为隧道围岩弹塑性分析方法的实际选择提供了理论参考。 关键词：双线性本构关系；弹塑性分析方法；应力差；隧道围岩；统一强度准则 1 引言
基于围岩损伤破碎率的地下工程开挖损伤区确定方法
围岩开挖损伤区深度是确定支护设计方案的重要参数，对评价围岩的稳定性也有重要的参考意义。声学测试是获取围岩开挖损伤区深度最常用的方法，但在高应力条件下，围岩破碎严重，内部结构面明显发育，测试误差达到米级。本文基于量纲分析，提出围岩损伤破碎比R，定义为开挖损伤区深度/严重损伤区深度，来表征开挖损伤区与严重损伤区之间的关系，建立的指标综合考虑了工程区应力状态、岩体完整性、隧道开挖跨度、岩体破碎区深度等，并在工程实践中验证了其在误差允许范围内。结果表明:该模型可以克服声波测试方法在深埋地下洞室围岩检测中的局限性;基于损伤破裂比R确定围岩损伤区深度的方法为开挖围岩损伤区的确定提供了一种实用、可替代的方法。
研究论文深厚复合地层有无支护TBM隧道围岩变形时空效应分析
针对深厚复合地层TBM隧道小比例模型试验中开挖、管片模拟、变形、受力等难题，综合利用TBM模拟实验装置、模型管片环预制装置、数字摄影测量技术，提出计算方法。通过对围岩变形特征及破裂分析，揭示了围岩变形的时空效应：（1）无支撑时，围岩变形的时空效应集中在以下工况：随着时间的推移，围岩变形从复合地层交界处的拱腰两侧开始，衍生出四个圆弧并发生剪切滑移，导致整体垮塌破坏。（2）支撑后，围岩变形的时空效应集中在围岩与支撑相互作用的3个阶段，即初期阶段、平衡过程和失稳状态。空间效应集中在围岩变形破坏区域，最严重区域为浅层围岩，次剧烈区域为边墙拐角处。
螺栓连接力学模型及参数优化...
ISSN 1330-3651 (印刷版), ISSN 1848-6339 (在线版) https://doi.org/10.17559/TV-20201129072212 原创科学论文 巷道非直壁段锚喷支护力学模型及参数优化 程云海，李峰辉*，李刚伟 摘要：巷道锚喷支护一般采用梁模型计算，但巷道弯曲侧锚喷支护力学状态与直侧有明显不同。为了合理确定巷道弯曲侧锚喷支护参数，对喷层受力进行分析。将锚喷支护结构简化为固结梁与圆柱耦合的力学模型。为探明圆形巷道（或圆弧段）锚喷支护的力学机理，合理确定锚喷支护参数，对喷混凝土层进行应力分析。将锚喷支护结构简化为固结梁与圆柱体耦合的力学模型，结合摩尔-库仑强度理论，建立了喷混凝土层厚度、喷混凝土强度、锚杆间距、锚杆长度对围岩自承能力影响的力学模型，确定了锚喷支护参数与围岩自承能力的影响规律。研究结果表明：喷混凝土强度与围岩自承能力呈线性关系，喷混凝土厚度与围岩自承能力呈二次函数关系，锚杆间距、锚杆长度与围岩自承能力呈三次函数关系。研究成果对巷道曲线边坡锚喷支护参数的确定具有一定的指导意义。关键词：锚喷支护；筒体；力学模型1引言锚喷支护技术广泛应用于矿山、隧道、地铁等地下工程[1-6]。锚喷支护能最大程度地保持围岩的完整性和稳定性，充分发挥围岩的支护作用，对控制围岩的变形、位移、裂隙发展等起着重要作用[7-10]。国内外已有不少学者对锚喷支护技术进行了研究。李等[11-12]。[11]确定了喷层破坏时中性层的位置，探究了不同支护方式下锚喷支护参数与围岩自承能力的关系，建立了巷道围岩自承能力与锚杆间距、喷层厚度、喷层强度之间的力学模型。温等[12]建立了由系统锚杆支撑的外拱、喷层支撑内拱和钢框架组成的组合拱力学模型。王等[4]在对巷道围岩和喷层应力分析的基础上，建立了喷层厚度、喷层强度、锚杆间距对围岩自承能力影响的力学模型。方等[5]研究了喷层厚度、喷层强度、锚杆间距对围岩自承能力的影响。 [13] 设计了高预应力强锚喷支护方案，并利用振弦喷浆应力仪对方案实施后喷浆层的应力状态进行监测。吕建军等 [14] 提出了厚软岩巷道全断面锚固的二维半模型，建立了围岩及锚固系统的理论模型，得到了应力释放、锚杆与围岩耦合的分布规律。荆建军等 [15] 研究了预应力锚杆的力学性能
基于围岩物理力学性质非线性劣化评价黏土隧道稳定性
简便、快速、可靠的隧道稳定性评价方法可以促进隧道工程的建设和发展。现阶段与隧道稳定性有关的问题可以通过理论分析法、模型试验法或数值分析法进行很好的分析，但对于重要性较高、决策设计周期较短、施工工期较紧迫的工程，上述方法难以得到有效的分析。本文针对黏土隧道稳定性评价问题开展研究。首先，提出以应力、应变状态为变量的状态函数，预测隧道开挖引起的围岩应力、应变状态，以表征围岩的物理力学状态（又称稳定状态）；其次，模拟围岩物理力学性质的非线性劣化，给出隧道稳定性储备系数的表达式及计算方法；最后，通过黏土隧道算例，将所提方法的计算结果与强度折减法、极限平衡法进行了比较。通过对拱顶、边墙、拱底3个特征点的对比可知，黏土隧道的稳定储备系数小于强度折减法和极限平衡法计算的结果；采用本文方法计算得到的极限位移值比强度折减法计算的结果更接近现场监测数据，因此本研究可以更好地应用于黏土隧道的稳定性评价。
基于灰狼优化的隧道工程围岩挤压分类改进概率神经网络算法
围岩挤压变形是隧道工程中常见且突出的病害，常在TBM掘进过程中诱发盾构卡洞灾害。本文基于139组历史挤压变形案例，建立了混合PCA-IWGO-PNN挤压分类模型。根据挤压变形的影响因素及特点，选取强度应力比、隧道埋深、隧道等效直径、岩体质量指数、支护刚度等建立挤压程度预测指标体系。由于概率神经网络（PNN）要求输入变量独立，因此采用主成分分析（PCA）对原始数据进行预处理，消除预测指标间的相关性并实现降维。扩展系数是PNN中关键的超参数，采用改进的灰狼优化（IGWO）算法实现其高效的自动寻优。然后，将PNN模型应用于工程实际，20个试验样本中仅有1个误判，预测精度达到95%。最后，与人工神经网络（ANN）模型、支持向量机（SVM）模型、随机森林（RF）模型进行对比分析，其中PNN模型的预测精度最高，其次是人工神经网络（85%）、RF（85%）、SVM（80%）。此外，PNN模型的运行速度最快，仅耗时5.6350 s，而ANN、SVM、RF的运行时间分别为8.8340、6.2290、6.9260 s。本研究提出的混合PCA-IWGO-PNN模型为围岩挤压分类提供了一种有效的方法，在预测精度和运行速度方面均具有优势。
研究论文 软弱围岩爆破地震波传播规律——以木寨岭隧道为例
为了研究爆破振动波在软岩隧道中的传播规律，在木寨岭隧道进行了纵向和环向爆破振动试验，并利用萨多夫非线性回归、傅里叶变换、希尔伯特-黄变换（HHT）等方法对实测数据进行了分析研究，为木寨岭隧道或类似软岩隧道爆破设计优化提供参考。研究结果表明：随着比例药量的增加，切向主频迅速下降，径向主频下降缓慢。在一定药量下，随着距爆源距离的增加，爆破振动频率频谱宽度变窄，整体能量更加集中，振动频率趋于低频。在距爆源一定距离处，随着药量的增加，爆破振动频率逐渐下降，低频区幅值增大。隧道左侧振动速度大于右侧，在拱顶和下台阶拱脚处振动速度下降较快，上台阶和中台阶拱脚处振动速度下降较慢；中台阶左拱脚和上台阶右拱脚的振动频率高于其他位置，上台阶左拱脚的频率最低。隧道爆破过程中，输入到地层介质的能量主要集中在切洞爆破阶段，爆破对上台阶左拱脚和隧道拱顶的能量输入较多，与频率分析的结论一致。
研究论文 隔热喷射材料在高地温巷道中的应用
巷道隔热喷射混凝土（TIG）是矿井区域热灾害防治的有效方法，矿井TIG材料的研发是隔热技术的基础，但一些传统和先进的隔热材料并不适用于深井高地应力、高地温、潮湿的矿井。本文研发了一种粉煤灰-无机矿物TIG材料，并将其应用于高地温巷道数值模拟，分析了TIG层的隔热效果，讨论了TIG围岩温度场特征。研究结果表明：（1）TIG层对巷道放热和围岩温度场稳定性有显著影响；（2）有无TIG层，巷道初始温度扰动时间、温度扰动范围及降温速率均不同； (3) TIG巷道开始通风后，热流密度趋于一致，温度扰动结束，且无量纲温度与无量纲半径呈指数关系；(4) 温度下降特征随围岩径向位置不同而变化。研究结果对热害防治、温度预测及通风网络调整提供了一定的参考。
低山岭隧道施工监测与分析
摘要：为获得低山岭隧道施工过程中围岩结构位移、支护结构内力随时间的变化规律，本文以西山隧道工程为背景，对隧道施工过程中的隧道周边位移、地表沉降、钢拱架内力及两层支护间压力进行动态监测。根据以上监测量测数据，通过监测数据分析及非线性回归拟合，得到预测趋势曲线，得出隧道各类围岩的位移变化规律及特点，确保施工安全和支护结构的稳定性要求，为二次衬砌施工提供合理的时机。