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Analytical and numerical analysis on the torsional performance of elliptically deformed tunnels in the longitudinal direction

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Underground Space 2023年第5期12卷 183-201页

作者： Yingbin liu Shaoming Liao mengbo liu Lisheng Chen Zhiyi Li Department of Geotechnical Engineering Tongji UniversityShanghai 200092China Shanghai Urban Construction Municipal Engineering Co. LtdShanghai 200065China

Segmental lining structures constructed by shields/tunnel boring machines are often subjected to uneven longitudinal cross-section torsion as a result of eccentric external loads,which is extremely adverse to tunnel safety but has not received sufficient attention for a long *** figure out the torsional performance of segmental tunnels,it is essential to assess the longitudinal torsional stiffness and active-torsion-rejection capability of a segmented *** aim of the paper is to derive an analytical solution to the longitudinal torsional stiffness of a segmental tunnel with existing elliptical *** longitudinal torsional stiffness under different internal force combinations is deduced considering the longitudinal axial force and bending moment based on the equivalent continuous model and force balance *** validity of the analytical solution is verified by comparing it with finite element method ***,a parametric analysis,using the new analytical solution,is included to investigate the effect of the key parameters on torsional behaviors,including the segment size,the bolt size and the transverse bending stiffness,*** is found that:(1)the longitudinal torsional stiffness efficiency(LTSE)of the segmental tunnel decreases with the rise of segment thickness to diameter ratio but increases with the ring width to diameter ratio;(2)the LTSE reduces with the increase of the effective shear length but rises with the diameter of bolts;(3)the LTSE increases rapidly with the ratio of compression-torsion or ***,the envelope curve of the critical load(N0,M0)for a tunnel to actively resist a certain internal torque is *** proposed solution can be easily utilized to determine the longitudinal torsional stiffness of segmental tunnels and is an effective tool for tunnel design and maintenance.

关键词： Segmental tunnel Torsional deformation Longitudinal equivalent continuous model Longitudinal torsional stiffness Transverse bending stiffness

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Numerical and analytical studies on the coupling effects of unloading and cutterhead vibration on tunnel face in dry sandy ground

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Underground Space 2024年第5期18卷 256-272页

作者： Junzuo He Shaoming Liao mengbo liu Motoi Iwanami Yanqing Men Department of Geotechnical Engineering College of Civil EngineeringTongji UniversityShanghai 200092China Key Laboratory of Road and Traffic Engineering Ministry of EducationTongji UniversityShanghai 200092China Department of Civil and Environmental Engineering Waseda UniversityTokyo 169-0072Japan Jinan Rail Transit Group Co. Ltd.Jinan 250014China

When tunnelling in difficult ground conditions,shield machine would inevitably produce significant ground loss and vibration,which may disturb the ground ahead of the tunnel *** this paper,discrete element models calibrated by model tests were established to investigate the response of tunnel face under the coupling effects of unloading and cutterhead *** results show that the friction angle reduction under cyclic loading and vibration attenuation in the sandy ground are significant and can be estimated by the fitted exponential *** cutterhead vibration,the tunnel face stability is undermined and the limit support pressure(LSP)increases to 1.4 times as that in the static case with the growth of frequency and ***,the loosening zone becomes wider and the arching effect is weakened with the reduction of peak horizontal stress and the increase of vertical stress above the *** on the numerical results,a pseudo-static method was introduced into the limit equilibrium analysis of the wedge-prism model for calculating the LSP under *** an error rate less than 5.2%,the proposed analytical method is well *** analytical calculation reveals that the LSP would increase with the growth of vibration amplitude,vibration frequency and covered depth but decrease with the increase of friction *** study can not only lay a solid foundation for the further investigation of ground loss,ground water and soft-hard heterogeneous ground under cutterhead vibration,but also provide meaningful references for the control of environmental disturbance in practice.

关键词： Cutterhead vibration Tunnel face stability Discrete element method Pseudo-static method

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Tunnel boring machine vibration-based deep learning for the ground identification of working faces

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2021年第6期13卷 1340-1357页

作者： mengbo liu Shaoming Liao Yifeng Yang Yanqing Men Junzuo He Yongliang Huang Department of Geotechnical Engineering Tongji UniversityShanghai200092China Jinan Rail Transit Group Co. Ltd.Jinan250101China

Tunnel boring machine(TBM) vibration induced by cutting complex ground contains essential information that can help engineers evaluate the interaction between a cutterhead and the ground *** this study,deep recurrent neural networks(RNNs) and convolutional neural networks(CNNs) were used for vibration-based working face ground ***,field monitoring was conducted to obtain the TBM vibration data when tunneling in changing geological conditions,including mixed-face,homogeneous,and transmission ***,RNNs and CNNs were utilized to develop vibration-based prediction models,which were then validated using the testing *** accuracy of the long short-term memory(LSTM) and bidirectional LSTM(Bi-LSTM) models was approximately 70% with raw data;however,with instantaneous frequency transmission,the accuracy increased to approximately 80%.Two types of deep CNNs,GoogLeNet and ResNet,were trained and tested with time-frequency scalar diagrams from continuous wavelet *** CNN models,with an accuracy greater than 96%,performed significantly better than the RNN *** ResNet-18,with an accuracy of 98.28%,performed the *** the sample length was set as the cutterhead rotation period,the deep CNN and RNN models achieved the highest accuracy while the proposed deep CNN model simultaneously achieved high prediction accuracy and feedback *** proposed model could promptly identify the ground conditions at the working face without stopping the normal tunneling process,and the TBM working parameters could be adjusted and optimized in a timely manner based on the predicted results.

关键词： Deep learning Transfer learning Convolutional neural network(CNN) Recurrent neural network(RNN) Ground detection Tunnel boring machine(TBM)vibration Mixed-face ground

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Assessing ground stability of a vertical backfilled stope considering creep behaviors of surrounding rocks

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2025年第1期17卷 187-199页

作者： Ruofan Wang Lang liu mengbo Zhu Huafu Qiu Bingbing Tu Huisheng Qu Hao Cui Faculty of Energy Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi’an710054China Key Laboratory of Western Mines and Hazards Prevention Ministry of Education of ChinaXi’an710054China Faculty of Science Xi’an University of Science and TechnologyXi’an710054China PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited Hangzhou311122China

Backfill is often employed in mining operations for ground support,with its positive impact on ground stability acknowledged in many underground ***,existing studies have predominantly focused only on the stress development within the backfill material,leaving the influence of stope backfilling on stress distribution in surrounding rock mass and ground stability largely ***,this paper presents numerical models in FLAC3D to investigate,for the first time,the time-dependent stress redistribution around a vertical backfilled stope and its implications on ground stability,considering the creep of surrounding rock *** the Soft Soil constitutive model,the compressibility of backfill under large pressure was *** is found that the creep deformation of rock mass exercises compression on backfill and results in a less void ratio and increased modulus for fill *** compacted backfill conversely influenced the stress distribution and ground stability of rock mass which was a combined effect of wall creep and compressibility of *** the increase of time or/and creep deformation,the minimum principal stress in the rocks surrounding the backfilled stope increased towards the pre-mining stress state,while the deviatoric stress reduces leading to an increased factor of safety and improved ground *** improvement effect of backfill on ground stability increased with the increase of mine depth and stope height,while it is also more pronounced for the narrow stope,the backfill with a smaller compression index,and the soft rocks with a smaller viscosity ***,the results emphasize the importance of minimizing empty time and backfilling extracted stope as soon as possible for ground *** of filling gap height enhances the local stability around the roof of stope.

关键词： Ground stability Time dependency Creep Surrounding rocks Backfilled stope

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基于RD-SRT的TR MIMO雷达DOA估计算法

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弹道学报 2018年第2期30卷 90-96页

作者：刘梦波胡国平周豪韩昊鹏空军工程大学防空反导学院陕西西安710051

针对时间反转MIMO雷达多重信号分类算法计算量庞大的问题,提出一种基于降维子空间旋转变换技术的多目标波达角估计算法。首先,通过采用降维思想对TR MIMO回波信号进行降维处理,来减少计算量;然后,为构造旋转变换矩阵,对噪声子空间按行... 详细信息

针对时间反转MIMO雷达多重信号分类算法计算量庞大的问题,提出一种基于降维子空间旋转变换技术的多目标波达角估计算法。首先,通过采用降维思想对TR MIMO回波信号进行降维处理,来减少计算量;然后,为构造旋转变换矩阵,对噪声子空间按行分块并取其逆矩阵;最后,利用该逆矩阵对噪声子空间矩阵旋转变换,得到低维子空间矩阵,对比导向矢量构造谱函数估计目标的角度信息。相对于传统的MUSIC算法,该算法降低了噪声子空间的维度,大大降低了计算量,而且具有更高的目标分辨率。

关键词：时间反转 MIMO雷达 DOA估计子空间旋转

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有限场地条件下盾构机整体吊装技术研究

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深圳大学学报（理工版） 2016年第3期33卷 317-323页

作者：王飞刘孟波陈龙刘文汤林猛北京交通大学经济管理学院北京100044 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉430040 同济大学土木工程学院上海200092

以深圳地铁9号线有限场地下的盾构整体吊装应用为背景,提出盾构机整体吊装流程,探讨了整体吊装设备的结构性能,对其结构配置、牵引力系统提出改进意见.针对在有限场地不能满足施作吊装设备基础条件的情况,分析采用均载板作为整体吊装设... 详细信息

以深圳地铁9号线有限场地下的盾构整体吊装应用为背景,提出盾构机整体吊装流程,探讨了整体吊装设备的结构性能,对其结构配置、牵引力系统提出改进意见.针对在有限场地不能满足施作吊装设备基础条件的情况,分析采用均载板作为整体吊装设备基础施工的安全性,均载板最大Mises应力为24.58 MPa,最大变形为64 mm,满足强度及刚度要求.实施结果表明,所选盾构机整体吊装设备及过程能满足可行性和安全性要求,提出的整体吊装措施安全可靠,可为类似工程提供借鉴.

关键词：隧道工程隧道盾构技术有限场地整体吊装安全性计算牵引力吊装设备基础均载板深圳地铁

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典型煤化工园区生产废水处理工程案例

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山东化工 2023年第12期52卷 244-246页

作者：刘孟博维尔利环保科技集团股份有限公司江苏常州213000

煤化工生产废水是一类浓度高、毒性大、难降解的废水,某典型煤化工园区生产废水进水水质为COD 500 mg/L,BOD5300 mg/L,SS 400 mg/L,NH_(3)-N 50 mg/L,TN 70 mg/L,TP 4.5 mg/L。面对多种难降解的污染物,采用“初沉池+水解酸化池+A/O生化... 详细信息

煤化工生产废水是一类浓度高、毒性大、难降解的废水,某典型煤化工园区生产废水进水水质为COD 500 mg/L,BOD5300 mg/L,SS 400 mg/L,NH_(3)-N 50 mg/L,TN 70 mg/L,TP 4.5 mg/L。面对多种难降解的污染物,采用“初沉池+水解酸化池+A/O生化池+二沉池+混凝沉淀池+多介质过滤+超滤+反渗透”的综合处理工艺。该工艺稳定运行后,出水COD_(Cr)、BOD_(5)、SS、NH_(3)-N、TN、TP的去除率分别不低于92%,96%,97%,98%,98%,91%。出水水质可达到《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050—2007)所规定的指标,本工艺的成功运行实现了工业废水资源化回收、零排放的目的,对煤化工、煤焦化领域的废水处理具有一定的参考意义和应用价值。

关键词：煤化工综合处理生产废水资源化回收

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软土地层压入式沉井端阻力实测研究——以温州沉井式地下车库工程为例

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隧道建设（中英文） 2023年第S02期43卷 310-320页

作者：孙睿泽廖少明刘孟波朱继文同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海城建市政工程(集团)有限公司上海200065

针对软土地层中压入式沉井的下沉稳定性控制问题,依托温州沉井式地下车库工程以压入式沉井法施工的超深地下车库,采用现场实测,研究压入式沉井下沉过程中的刃脚踏面端阻、斜面端阻以及整体端阻力在下沉阻力中占比的变化特征,分析静压下... 详细信息

针对软土地层中压入式沉井的下沉稳定性控制问题,依托温州沉井式地下车库工程以压入式沉井法施工的超深地下车库,采用现场实测,研究压入式沉井下沉过程中的刃脚踏面端阻、斜面端阻以及整体端阻力在下沉阻力中占比的变化特征,分析静压下沉与井内取土2个主要工序对端阻力的影响规律并与规范理论值进行对比。研究结果表明:1)压入下沉的方式对孔隙水压力影响较小,孔隙水压力受到刃脚穿越地层性质影响显著,且主要集中在静压前期;2)踏面压力与静压力大小呈正相关关系,且井内土塞高度越大,踏面压力受静压力影响越明显;3)斜面压力随静压下沉呈增大趋势,斜面压力受土塞高度影响较大,刃脚掏空阶段斜面压力将显著下降,当土芯率位于区间0.47~0.69时,下沉姿态对斜面压力的影响较大;4)踏面压力与斜面压力竖向上的差值基本保持在5~20 k Pa,受下沉深度影响较小,通过压力差值曲线可对沉井工况和状态进行初步判断;5)端阻力随下沉深度呈先增大后稳定趋势,增幅主要集中在地层交界面附近,同规范计算值基本吻合,端阻力随深度分布值受静压及取土工序影响较小,但数值上普遍小于规范值。

关键词：软土地层压入式沉井踏面压力斜面压力刃脚现场监测土塞端阻力

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盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2220-2232页

作者：刘颖彬廖少明刘孟波陈立生徐伟忠华建雄刘浩同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海城建市政工程(集团)有限公司上海200065 济南轨道交通集团有限公司山东济南250101

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧... 详细信息

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明:隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。

关键词：盾构隧道不均匀扭转纵向抗扭刚度等效连续化模型抗扭性能

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软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析

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隧道建设（中英文） 2018年第A02期38卷 1-6页

作者：白廷辉郑勇波刘树佳刘孟波同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海市水务局上海200050

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立... 详细信息

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立地层损失与软土主动土拱效应比例之间的对应关系。通过分析可得:1)盾构在4倍直径埋深条件下进行主动开挖时,在隧道上方1～2倍直径范围内形成主动土拱作用区域; 2)主动开挖所采取的地层损失率越大,开挖后拱顶处所受到的主动土压力荷载越小,土拱效应发挥越充分,且当地层损失率到达一定值时,盾构开挖所产生的主动土拱效应比例逐渐趋近于稳定临界值。

关键词：盾构开挖软土深部地层地层损失率土拱效应

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