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隧道衬砌裂缝特征对承载力的影响分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第7期56卷 37-45页

作者：刘学增李振杨芝璐桑运龙孙州同济大学土木工程学院上海200092 岩土及地下工程教育部重点实验室(同济大学) 上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092 上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092

为明确松动荷载作用下,衬砌裂缝特征对结构承载性能的影响,通过1∶10模型试验和数值分析研究了带裂缝结构的受力变形特征、破坏模式和极限承载能力。结果表明:对于预制裂缝长度不超过L/3(试件纵向长度)、深度不超过0.7 H(试件厚度)的试... 详细信息

为明确松动荷载作用下,衬砌裂缝特征对结构承载性能的影响,通过1∶10模型试验和数值分析研究了带裂缝结构的受力变形特征、破坏模式和极限承载能力。结果表明:对于预制裂缝长度不超过L/3(试件纵向长度)、深度不超过0.7 H(试件厚度)的试件,裂缝发展存在阶段性特征,试件破坏由拱腰失效引起,属于延性破坏。对于预制裂缝长度不低于2 L/3或深度不低于0.9 H的试件,裂缝发展过程不存在阶段性特征,试件破坏由拱顶失效引起,属于脆性破坏;随裂缝长度和深度增加,结构极限承载力降低。当预制裂缝长度为L/3且深度为0.3 H、0.7 H、0.9 H,以及长度为2 L/3且深度为0.3 H、0.7 H时,试件极限承载力依次为完整试件的86.96%、78.26%、73.91%、69.57%、60.87%。相比于裂缝深度,纵向长度对结构承载性能影响更明显,可作为裂缝评价的重要指标;提出了基于裂缝特征的衬砌承载力预测公式,可明确带裂衬砌的极限承载力,为结构性能评估、加固时机及加固参数的选取提供依据。

关键词：隧道工程极限承载力模型试验裂缝特征扩展有限元

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卸载条件下地铁盾构隧道损伤机制及粘钢加固效果研究

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铁道标准设计 2024年

作者：蔡荣刘学增杨学良李振苏州轨道交通市域一号线有限公司同济大学土木工程学院中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司

目前对于卸载条件下的地铁盾构隧道损伤行为及加固方法认识不足。通过开展双侧卸载条件下的盾构隧道1：5精细化力学模型试验，探究管片衬砌损伤行为，明确粘钢加固效果。借助数值模拟，提出钢板加固合理参数。主要结论如下：（1）双侧... 详细信息

目前对于卸载条件下的地铁盾构隧道损伤行为及加固方法认识不足。通过开展双侧卸载条件下的盾构隧道1：5精细化力学模型试验，探究管片衬砌损伤行为，明确粘钢加固效果。借助数值模拟，提出钢板加固合理参数。主要结论如下：（1）双侧卸载条件下的管片衬砌呈“横鸭蛋”的变形模式，依次经历三个发展阶段，分别是弹性阶段（横向扩张介于0～4.87‰D，D为隧道外径）、损伤发展阶段（4.87‰D～9.89‰D）和二次损伤阶段（10‰D以上），结构变形发展速率在第二阶段迅速增大，并在粘钢加固后得到有效控制；（2）随着顶部和侧向荷载的差值增大，拱底率先出现纵向开裂，拱顶、底部内侧钢筋以及拱腰接缝处螺栓的内力增长明显，加固后，衬砌裂损及钢筋、螺栓的内力增长得到有效控制；（3）随着顶部和侧向荷载的差值增大，采用不同厚度钢板的隧道收敛变形差异趋于明显，荷载差值为200 kPa和300 kPa时，采用2.0 cm和1.2 cm厚度钢板的加固结构变形比值分别为94.8%和88.2%，建议将钢板厚度值设定在1.6～2.0 cm。

关键词：地铁盾构隧道双侧卸载粘钢加固模型试验

基于光纤光栅传感器的水下盾构隧道健康监测与安全评价

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隧道建设（中英文） 2024年第S1期44卷 485-495页

作者：沙莎刘学增王帅鹏上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200093 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200093 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200093

为保证水下盾构隧道在施工和运营过程中的结构安全性,依托江苏某过江隧道建设工程,选取最危险、薄弱的典型断面安装光纤光栅传感器,建立隧道结构健康监测系统,实时掌握水下盾构隧道受力变形规律,及时判断隧道结构健康状况。首先,该系统... 详细信息

为保证水下盾构隧道在施工和运营过程中的结构安全性,依托江苏某过江隧道建设工程,选取最危险、薄弱的典型断面安装光纤光栅传感器,建立隧道结构健康监测系统,实时掌握水下盾构隧道受力变形规律,及时判断隧道结构健康状况。首先,该系统对采集的健康监测数据进行异常数据的识别、剔除和补全等预处理;然后,结合温度、土压力和渗压等外部因素对监测数据进行关联性分析,研究外部因素对隧道结构受力变形的影响规律;最后,以管片收敛变形和钢筋应力为评价指标,对隧道结构安全性进行评价,并通过计算结构安全系数验证结构安全性评价结果。研究结果表明:1)拉依达准则和箱形图法能够有效识别异常数据,且识别的异常数据基本能通过估计邻域法的检验;2)对土压力和渗压分别与钢筋应力进行灰色关联分析,发现钢筋应力受土压力影响较大,管片变形受渗压作用更明显;3)以管片收敛变形和钢筋应力为评价指标,对单环监测断面进行安全性能评价,确定结构安全等级为1级,结构完好。通过钢筋应力推算结构弯矩和轴力,计算最危险管片结构安全系数为4.20,满足规范要求,安全评价结果准确,结构性能安全。

关键词：水下盾构隧道结构健康监测光纤光栅传感器数据预处理关联分析安全评价

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数字隧道

现代隧道技术 2024年第1期61卷 1-15页

作者：刘学增杨子硕丁爽房茂柳同济大学土木工程学院上海200092 上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092

详细阐述了数字隧道的内涵、特征以及隧道数字化技术及现状;数字隧道基于统一编码规则和多源数据处理技术,实现勘察、设计、施工、运维阶段工程数据的数字化,构建隧道数字化模型,将设计、施工、运维3个阶段数据无缝对接,打造基于数据和... 详细信息

详细阐述了数字隧道的内涵、特征以及隧道数字化技术及现状;数字隧道基于统一编码规则和多源数据处理技术,实现勘察、设计、施工、运维阶段工程数据的数字化,构建隧道数字化模型,将设计、施工、运维3个阶段数据无缝对接,打造基于数据和模型的业务管理模式。以工程数据数字化为基础、以模型为载体,通过参数化建模、数据反演,充分挖掘各类工程数据内在联系,进而反馈指导隧道设计、施工、养护决策和数据的综合应用,为隧道工程建设、运营和管理提供准确的数据以及高效的信息综合分析服务,并实现全生命周期信息的互联互通。以数字隧道为基础,未来可进一步向“智慧隧道”延伸。

关键词：数字隧道数据标准与编码多源数据参数化建模互联互通全生命周期服务

机器视觉下多特征组合的围岩风化程度判定方法

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隧道建设（中英文） 2024年第4期44卷 673-681页

作者：毛勤平刘军成杨晓秋刘学增桑运龙江西省交通投资集团有限责任公司项目建设管理公司江西南昌330003 上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

针对围岩风化程度判定存在主观性强、准确率低的问题,开展基于图像识别和机器学习的围岩风化程度定量化判别技术研究。依托大广复线扩容工程搜集隧道施工期间掌子面的图像,采用数字图像处理技术对掌子面图像颜色信息、表面纹理信息、节... 详细信息

针对围岩风化程度判定存在主观性强、准确率低的问题,开展基于图像识别和机器学习的围岩风化程度定量化判别技术研究。依托大广复线扩容工程搜集隧道施工期间掌子面的图像,采用数字图像处理技术对掌子面图像颜色信息、表面纹理信息、节理信息进行自动化提取。基于提取的指标参数,借助机器学习方法进行指标筛选,并建立围岩风化程度预测模型。通过研究可以得到:1)对预测模型准确率贡献度由大到小的指标分别为颜色、完整性和纹理,各单一指标预测模型准确率分别为71.91%、70.78%、47.19%;2)多指标组合模型相较单一指标模型判定准确率更高,采用颜色、纹理、完整性3个指标的组合模型,准确率达到86.52%;3)对13个二级指标进行特征筛选,剔除5个贡献度较低的纹理特征指标,采用剩余的8个关键指标构建预测模型,预测精度仍能达到85%,满足工程需求。研究结果表明:掌子面图像的颜色、纹理、完整性信息能够有效表征围岩风化程度,建立在这些指标之上的机器学习预测模型能够稳定有效地对掌子面的风化程度进行判定。

关键词：隧道工程围岩风化程度机器学习数字图像处理技术

基于LSTM-DNN(长短期记忆-深度神经网络)融合模型的土压平衡盾构土仓压力预测方法

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城市轨道交通研究 2024年

作者：王伯芝黄永亮陈文明丁爽刘浩刘学增彭子晖吴炜枫王嘉烨山东大学齐鲁交通学院济南轨道交通集团有限公司上海同岩土木工程科技股份有限公司上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心同济大学土木工程学院上海市隧道工程轨道交通设计研究院

[目的]土仓压力是土压平衡盾构施工安全评估的关键参数,准确预测土仓压力有助于施工技术人员及时采取管控措施,进而保障地铁隧道的建设安全性。因此,有必要对土压平衡盾构土仓压力预测方法进行研究。[方法]提出一种多分支的LSTM (长短... 详细信息

[目的]土仓压力是土压平衡盾构施工安全评估的关键参数,准确预测土仓压力有助于施工技术人员及时采取管控措施,进而保障地铁隧道的建设安全性。因此,有必要对土压平衡盾构土仓压力预测方法进行研究。[方法]提出一种多分支的LSTM (长短期记忆)-DNN(深度神经网络)融合模型。其中,LSTM分支通过回溯历史数据提取其时序演变特征,DNN分支提取掘进状态特征,并将高级特征进行融合,实现对土仓压力的预测。依托济南轨道交通1号线实际盾构隧道数据对模型进行验证,并与LSTM模型、DNN模型进行了对比分析。[结果及结论]基于LSTM-DNN融合算法建立的土仓压力预测模型可以高效收敛,且所提模型在训练集和验证集上预测效果良好。在后续的100步测试中,用LSTM-DNN融合模型得出的土仓压力预测值较好地反映了真实值的变化趋势,其平均偏差为7.65 kPa,相对误差为6.09%,预测精度较高。

关键词：城市轨道交通土仓压力预测长短期记忆深度神经网络

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基于遗传算法的混合优化反分析及比较研究

岩石力学与工程学报 2003年第2期22卷 197-202页

作者：朱合华刘学增同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

围绕优化反演分析中计算收敛速度、精度和稳定性问题,着重就传统和现代两类优化方法开展以下3方面的研究:(1) 将阻尼最小二乘法与遗传算法耦合起来,发展了阻尼最小二乘法-遗传混合算法;(2) 将两类混合优化方法:阻尼最小二乘法-遗传算法... 详细信息

围绕优化反演分析中计算收敛速度、精度和稳定性问题,着重就传统和现代两类优化方法开展以下3方面的研究:(1) 将阻尼最小二乘法与遗传算法耦合起来,发展了阻尼最小二乘法-遗传混合算法;(2) 将两类混合优化方法:阻尼最小二乘法-遗传算法和模拟退火-遗传算法较早地用于优化反演分析;(3) 结合基坑工程算例,对单纯形法、阻尼最小二乘法、遗传算法、模拟退火-遗传算法和阻尼最小二乘法-遗传算法进行了比较分析。结果表明,与单纯形法等传统的优化方法相比,基于遗传算法的一类现代优化方法具有较好的全局收敛性;与常规的遗传算法相比,阻尼最小二乘法-遗传和模拟退火-遗传等算法有效地提高了优化反演的计算搜索速度和精度。

关键词：遗传算法模拟退火-遗传算法阻尼最小二乘法-遗传算法优化反分析岩土工程

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弹塑性动态增量反分析及其在高边坡中的应用

岩土工程学报 2010年第6期32卷 981-986页

作者：刘学增周敏同济大学建筑设计研究院上海200092 上海同岩土木工程科技有限公司上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

针对浙江台缙高速S9松散体高边坡,结合边坡施工过程对表面位移进行了监测。应用每一级边坡的表面位移量测信息,包括水平位移和垂直位移,采用弹塑性位移反分析反演某一岩体的弹性模量和内摩擦角,利用反演得到弹性模量和内摩擦角计算预测... 详细信息

针对浙江台缙高速S9松散体高边坡,结合边坡施工过程对表面位移进行了监测。应用每一级边坡的表面位移量测信息,包括水平位移和垂直位移,采用弹塑性位移反分析反演某一岩体的弹性模量和内摩擦角,利用反演得到弹性模量和内摩擦角计算预测下一级边坡开挖可能引起的边坡变形。由于边坡表面位移测点都是在边坡开挖后埋设的测点,测得表面位移均为下级边坡开挖引起的增量位移,因此,采用了结合施工过程的增量位移反分析方法。计算结果表明,上级边坡的同一测点的水平位移的预测值和实测值吻合的较好,垂直位移的预测值和实测值误差相对较大。

关键词：边坡弹塑性动态增量反分析位移

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山岭公路隧道围岩压力统计规律分析

岩土工程学报 2011年第6期33卷 890-895页

作者：刘学增叶康同济大学建筑设计研究院上海200092 同济大学教育部土木信息技术工程研究中心上海200092 上海同岩土木工程科技有限公司上海200092

基于大量公路隧道围岩压力监测数据,分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系,并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析,得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时,统计分析了侧向... 详细信息

基于大量公路隧道围岩压力监测数据,分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系,并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析,得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时,统计分析了侧向压力、侧压力系数及隧道二衬压力在各级围岩级别条件下的分布规律:侧向压力随着埋深及围岩级别的增加而缓慢增长;侧压力系数随着围岩级别的增加逐渐变大,并普遍大于规范值;实测二衬围岩压力荷载分担比例与规范基本相符。

关键词：山岭隧道围岩压力侧压力系数荷载分担比