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水平定向钻孔水压致裂地应力测量数值模拟分析

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隧道建设（中英文） 2024年第10期44卷 2049-2057页

作者：刘夏临王震何志坚中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中交集团隧道与地下空间工程技术研发中心湖北武汉430056 中国交通建设股份有限公司北京100088

为解决水平钻孔水压致裂法在地应力测量中计算原理不明确的问题,以天山胜利隧道水平定向钻勘察项目为依托,首先构建基于原生裂隙法与多孔交汇法的水平孔围岩三维应力状态理论模型,并探讨其控制边界条件及计算方法;然后,通过与室内物理... 详细信息

为解决水平钻孔水压致裂法在地应力测量中计算原理不明确的问题,以天山胜利隧道水平定向钻勘察项目为依托,首先构建基于原生裂隙法与多孔交汇法的水平孔围岩三维应力状态理论模型,并探讨其控制边界条件及计算方法;然后,通过与室内物理模型试验数据进行对比分析,验证理论模型的合理性;最后,构建水平孔水压致裂法地应力测量有限元模型,通过对比数值模拟、理论计算和室内试验结果,验证该有限元模型建模方法的可行性。结果表明:1)理论模型计算结果与室内物理模型试验记录数据接近,最大误差为6.8%,说明结合原生裂隙法与多孔交汇法构建的水平孔围岩应力状态理论模型可以适用于基于水平定向钻勘察的水压致裂法地应力计算;2)数值模拟结果与试验记录数据接近,最大误差为9.51%,说明采用Abaqus扩展有限元法(XFEM)结合嵌入式Cohesive单元的方法能够合理模拟真实水平孔水压致裂测量地应力的过程;3)理论模型计算结果与数值模拟结果的一致性较好,最大误差在允许范围内,验证了理论模型与有限元模拟方法的正确性、准确性和可靠性。

关键词：水平定向钻水压致裂地应力测量数值模拟

基于TOUGH2和FLAC3D的流固弱耦合程序开发及验证

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浙江大学学报（工学版） 2022年第8期56卷 1485-1494页

作者：刘夏临张晟斌陈佺舒恒刘尚各中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071 中国葛洲坝集团国际工程有限公司北京100025

传统、新型岩土工程问题诸如压缩空气含水层储能、充气截排水技术、二氧化碳地质封存、油气地下储备工程等均涉及气水两相流与应力耦合.针对这一工程实际,根据非饱和土气水两相渗流-应力弱耦合理论,开发了基于TOUGH2与FLAC3D的气水两相... 详细信息

传统、新型岩土工程问题诸如压缩空气含水层储能、充气截排水技术、二氧化碳地质封存、油气地下储备工程等均涉及气水两相流与应力耦合.针对这一工程实际,根据非饱和土气水两相渗流-应力弱耦合理论,开发了基于TOUGH2与FLAC3D的气水两相渗流-应力耦合计算搭接程序.该计算程序能够较为真实地模拟气水两相渗流问题,能够探讨流动过程中气水的相互作用及其对过程的影响.程序考虑了气水两相渗流与土体骨架变形直接的相互作用,反映了这一过程中孔隙度、渗透率、毛管压力和土体物理力学参数的变化,实现了更为完善的气水两相渗流与应力弱耦合分析.通过与经典的排水试验和模型试验对比,验证了该程序可以较为准确地模拟气水两相流-应力之间的相互作用.

关键词：非饱和土气水两相流流固耦合弱耦合 TOUGH2-FLAC3D

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盾构隧道下穿城市高架桥桩基预加固方案研究

现代隧道技术 2021年第6期58卷 218-224页

作者：刘夏临张军陈必光刘尚各舒恒中交第二公路勘察设计研究院有限公司武汉430056

文章以某区间盾构隧道下穿既有城市高架桥工程为依托,对盾构施工前城市高架桥桩基的预加固方案进行了系统分析,提出了4种加固方案,分别是袖阀管注浆预加固方案、隔离桩预加固方案、袖阀管注浆+隔离桩预加固方案和袖阀管注浆+隔离桩+新... 详细信息

文章以某区间盾构隧道下穿既有城市高架桥工程为依托,对盾构施工前城市高架桥桩基的预加固方案进行了系统分析,提出了4种加固方案,分别是袖阀管注浆预加固方案、隔离桩预加固方案、袖阀管注浆+隔离桩预加固方案和袖阀管注浆+隔离桩+新增桩基预加固方案;并详细介绍了每种预加固方案的设计思路,最后对4种预加固方案进行了三维精细化数值模拟计算。结果表明,单独设置袖阀管注浆的预加固方案和单独设置隔离桩的预加固方案的加固效果有限;同时设置袖阀管注浆和隔离桩的预加固方案能很好地控制桩基的水平位移、竖向沉降及墩台的差异沉降,加固效果较好;而额外再增设桩基的预加固方案,对沉降控制的贡献有限,性价比较低。

关键词：盾构隧道下穿高架桥三维有限元数值模拟预加固方案

基于岩体波速的地下洞室围岩损伤区岩体力学参数取值方法及工程应用

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岩石力学与工程学报 2024年第10期43卷 2414-2429页

作者：夏开宗刘夏临林英书张飞司志伟孙朝燚中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国五洲工程设计集团有限公司北京100053 云南水利水电职业学院云南昆明650499

地下洞室在爆破开挖以及在后期利用(如用于压气储能)过程中往往会在洞室围岩中形成一定深度和沿洞室边界环状分布的损伤区,研究地下洞室围岩损伤区内岩体力学参数的取值方法对地下洞室围岩稳定性分析和支护设计具有重要的意义。考虑岩... 详细信息

地下洞室在爆破开挖以及在后期利用(如用于压气储能)过程中往往会在洞室围岩中形成一定深度和沿洞室边界环状分布的损伤区,研究地下洞室围岩损伤区内岩体力学参数的取值方法对地下洞室围岩稳定性分析和支护设计具有重要的意义。考虑岩体的地震波速度和声波速度,建立地下洞室围岩损伤区内地质强度指标GSI值和岩体扰动因子D值的计算公式,以及定量地确定扰动因子D值随地下洞室围岩损伤区深度的变化规律。引入Hoek-Brown强度准则,研究地下洞室围岩损伤区不同深度岩体力学参数取值方法。结果表明:提出的估算GSI和D值的方法能够很好地反映洞室在开挖爆破以及在后期利用过程中(如压气储能)损伤区内岩体力学参数随深度变化规律,损伤区岩体单轴抗压强度σ_(cm)所受弱化影响最为严重,而内摩擦角φ受到弱化影响最小;洞室围岩岩体波速类型可以分为3种:(1)凹型缓慢增长区+稳定波动区;(2)凸型缓慢增长区+稳定波动区;(3)直线型缓慢增长区+稳定波动区;在进行地下洞室损伤区围岩稳定性评估时,当所选择的数值模拟方法和本构关系允许时,应根据工程重要性选择损伤区间隔深度来建模,并且取分区内岩体波速测试平均值来确定岩体扰动因子D。研究成果可为类似地下洞室工程损伤区围岩稳定性评价与支护设计的岩体力学参数取值提供参考。

关键词：岩石力学地下洞室围岩损伤区岩体力学参数 Hoek-Brown准则岩体波速地质强度指标岩体扰动参数

基于集对分析与三角模糊数的围岩稳定性综合评价模型

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化工矿物与加工 2013年第5期42卷 20-24页

作者：王纪鹏欧阳治华刘夏临武汉科技大学资源与环境工程学院

围岩稳定性评价是一个复杂的不确定性问题,运用集对分析方法刻画围岩稳定性评价的确定与不确定性,构造了基于三角模糊数的差异度系数,建立了围岩稳定性评价的集对分析与三角模糊数综合评价模型。将该模型运用于实际工程并与投影寻踪插... 详细信息

围岩稳定性评价是一个复杂的不确定性问题,运用集对分析方法刻画围岩稳定性评价的确定与不确定性,构造了基于三角模糊数的差异度系数,建立了围岩稳定性评价的集对分析与三角模糊数综合评价模型。将该模型运用于实际工程并与投影寻踪插值法、可拓方法及模糊识别法等评价方法的评价结果进行了比较,结果表明运用集对分析与三角模糊数综合评价模型对围岩稳定性评价是可行的。

关键词：集对分析围岩稳定性评价三角模糊数耦合模型

基于机器学习的隧道地质勘察岩性识别分析及应用研究

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隧道建设（中英文） 2023年第9期43卷 1549-1557页

作者：程勇王琛刘夏临刘继国陈世纪黄胜中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国交建总承包经营分公司北京100088 中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心湖北武汉430056 中山大学土木工程学院广东珠海519082

为提高水平定向钻勘察中岩性识别的效率,基于机器学习算法采用钻进参数识别围岩岩性。以新疆某隧道工程为例,通过对水平定向钻的工作原理进行分析,采用钻进速度、校正后的钻孔底部压强、泥浆压力和进浆流量作为输入特征预测围岩岩性。对... 详细信息

为提高水平定向钻勘察中岩性识别的效率,基于机器学习算法采用钻进参数识别围岩岩性。以新疆某隧道工程为例,通过对水平定向钻的工作原理进行分析,采用钻进速度、校正后的钻孔底部压强、泥浆压力和进浆流量作为输入特征预测围岩岩性。对KNN(k-nearest neighbor)算法和随机森林算法各设置48个超参数,测试集的平均准确率分别为83.28%和93.04%,模型不存在欠拟合和过拟合问题。将五分类问题转化为5个二分类问题,2种算法的准确率、精确率、召回率、F_(1)值基本均在90.00%以上,受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线中曲线下面积(area under curve,AUC)也接近于1。使用Smote过采样后的KNN算法和随机森林算法都具有良好的鲁棒性和泛化能力,但综合各项评价指标可知,使用随机森林模型预测围岩岩性的效果更佳。

关键词：隧道地质勘察水平定向钻岩性识别 KNN算法随机森林算法机器学习

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一种基于水平定向钻的模型试验装置

隧道建设（中英文） 2023年第9期43卷 1455-1462页

作者：张晟斌刘继国刘夏临舒恒程勇赵强马保松中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中交集团隧道与地下空间工程技术研发中心湖北武汉430056 中山大学广东珠海519082

水平定向钻进模型试验装置可为探究钻进参数与岩石物理力学参数之间的定量关系提供良好的试验平台。针对水平定向钻技术在隧道地质勘察的应用,自主研发一种可用于研究水平定向钻钻进参数与岩石强度相关性的模型试验装置。该模型试验装... 详细信息

水平定向钻进模型试验装置可为探究钻进参数与岩石物理力学参数之间的定量关系提供良好的试验平台。针对水平定向钻技术在隧道地质勘察的应用,自主研发一种可用于研究水平定向钻钻进参数与岩石强度相关性的模型试验装置。该模型试验装置包含钻进压力动力系统、旋转动力系统和参数测量系统。其中,钻进压力动力系统和旋转动力系统分别由液动螺杆马达和液压油缸驱动,可采集位移、钻进压力、钻头的转速和转矩、系统水压力和水流量等参数。采用6块强度等级为M15的砂浆试块测试该试验系统的可行性,得出结果:1)水平定向钻的钻进速度与钻头的转矩随着钻进压力的增大而不断增大;2)泥浆系统循环压力和钻头转矩呈正比例变化关系,泥浆系统循环流量和钻头的转速呈正相关变化关系;3)该试验装置能够在保持水平定向钻工作特性的前提下研究钻进参数与岩石强度之间的定量关系。

关键词：水平定向钻进模型试验装置钻进参数隧道勘察

基于防灾分区的高海拔三管并行公路隧道火灾通风网络系统设计

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消防科学与技术 2022年第7期41卷 916-921页

作者：刘夏临李雪峰张翾舒恒中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 交通运输部公路科学研究院北京100088

为探究超长公路隧道火灾模式下的通风系统控制,针对天山胜利隧道提出了基于烟气及疏散双因双控下的防灾区间划分方法,采用通风网络的分析方法,考虑了高海拔环境及隧道多折线坡度,对各防灾区间内不同位置处发生火灾时的多交叉口风流进行... 详细信息

为探究超长公路隧道火灾模式下的通风系统控制,针对天山胜利隧道提出了基于烟气及疏散双因双控下的防灾区间划分方法,采用通风网络的分析方法,考虑了高海拔环境及隧道多折线坡度,对各防灾区间内不同位置处发生火灾时的多交叉口风流进行了全隧道通风系统控制计算,获得了左、右线主隧道、服务隧道及横通道的防灾风机布置数量及位置。结果表明,天山胜利隧道考虑控烟、疏散、机电控制因素将左、右线分别划分为31和30个防灾分区,并确定了风机布置的具体区段及数量,其中左、右线主隧道分别设置了112、114台SDS112T-4P-37风机,服务隧道分别设置了168台SDS63T-2P-15风机。

关键词：超长公路隧道高海拔防灾分区风机配置网络通风

基于机器学习的水平定向钻钻孔围岩智能分类探讨

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人民长江 2023年第12期54卷 156-165页

作者：张晟斌舒恒刘夏临黄胜周浩中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中国交建隧道与地下空间工程技术研发中心湖北武汉430056 中山大学土木工程学院广东珠海519080

将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进... 详细信息

将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进压力作为围岩分类评估指标,引入多种机器学习算法构建分类模型并采取网格搜索交叉验证的方法调参优化,以准确率、精确率、召回率、F1值等指标对各模型分类性能进行评估验证与探讨。结果表明:①大部分算法对碳质板岩与片麻状花岗岩具有较好的分类性能,对石英片岩的预测准确率则较低;②随机森林、决策树与梯度提升决策树分类性能最好,AdaBoost分类器表现最差;③机器学习分类方法相对传统方法在处理非线性问题时更有优势,建立数据-物理双驱动的围岩智能分类理论与模型是今后发展趋势之一。研究结果可为水平定向钻钻孔围岩预测分类问题提供指导。

关键词：水平定向钻围岩分类地质勘察机器学习模型评价天山胜利隧道