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Tunnelling performance prediction of cantilever boring machine in sedimentary hard-rock tunnel using deep belief network

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Journal of Mountain Science 2023年第7期20卷 2029-2040页

作者： song zhan-ping CHENG Yun zhanG Ze-kun YANG Teng-tian School of Civil Engineering Xi'an University of Architecture and TechnologyXi'an 710055China School of Civil Engineering Yancheng Institute of TechnologyYancheng 224051China Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering Xi'an 710055China School of Highway Chang’an UniversityXi’an 710064China China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co. Ltd.Tianjin 300300China

Evaluating the adaptability of cantilever boring machine(CBM) through in-depth excavation and analysis of tunnel excavation data and rock mass parameters is the premise of mechanical design and efficient excavation in the field of underground space *** paper presented a case study of tunnelling performance prediction method of CBM in sedimentary hard-rock tunnel of Karst landform type by using tunneling data and surrounding rock *** uniaxial compressive strength(UCS),rock integrity factor(Kv),basic quality index([BQ]),rock quality index RQD,brazilian tensile strength(BTS) and brittleness index(BI) were introduced to construct a performance prediction database based on the hard-rock tunnel of Guiyang Metro Line 1 and Line 3,and then established the performance prediction model of cantilever boring *** the deep belief network(DBN) was introduced into the performance prediction model,and the reliability of performance prediction model was verified by combining with engineering *** study showed that the influence degree of surrounding rock parameters on the tunneling performance of the cantilever boring machine is UCS > [BQ] > BTS >RQD > Kv > *** performance prediction model shows that the instantaneous cutting rate(ICR) has a good correlation with the surrounding rock parameters,and the predicting model accuracy is related to the reliability of construction *** prediction of limestone and dolomite sections of Line 3 based on the DBN performance prediction model shows that the measured ICR and predicted ICR is consistent and the built performance prediction model is *** research results have theoretical reference significance for the applicability analysis and mechanical selection of cantilever boring machine for hard rock tunnel.

关键词： Urban metro tunnel Cantilever boring machine Hard rock tunnel Performance prediction model Linear regression Deep belief network

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Molecular dynamics simulations of helium transport through inorganic mineral nanopores

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Science China Earth Sciences 2025年第1期68卷 237-252页

作者： Dandan song ping GUAN Chi zhanG Jiahao REN School of Earth and Space Sciences Peking University

Helium transport through nanoscale inorganic mineral pores and pore throats is essential for its overall migration. To elucidate helium's transport dynamics within nanopores, we employed equilibrium and non-equilibrium molecular dynamics simulations to investigate helium's static self-diffusion and pressure-driven flow in quartz slit-shaped nanopores. We also introduced water and various gases, including hydrogen, methane, ethane, nitrogen, and carbon dioxide, into the nanopores to assess their influence on helium transport. Our findings indicate minimal helium adsorption on quartz pore surfaces. Under conditions where the pore size is less than 5 nm and the pressure under 10 MPa, environmental factors markedly influence helium diffusion. Large pore sizes, high temperatures, and low gas pressures enhance helium desorption and facilitate faster diffusion. We observed a positive correlation between helium flow velocity and factors such as pore size, pressure gradient, and surface smoothness of the pores. Notably, the presence of pore water and carrier gases in quartz nanopores, which diffuse more slowly than helium, tends to reduce helium surface adsorption and slow its diffusion. Among the carrier gases studied, nitrogen showed similar adsorption capacity, diffusivity, and stability to helium, while carbon dioxide displayed the highest adsorption capacity and the slowest diffusion rate, markedly differing from helium. Based on the simulation results, we concluded that water and carrier gases primarily function as transport mediums in helium migration, moving together with helium. Nitrogen, which shares similar properties with helium, effectively assists in this co-migration process. Conversely, carbon dioxide, due to its high adsorption capacity and slow diffusion, tends to be lost during co-migration. As a result, gas reservoirs with high nitrogen levels and low carbon dioxide levels are more likely to have higher helium concentrations. Additionally, the smaller por

关键词： Helium transport Slit nanopores Molecular dynamics simulations Diffusion Flow carriers

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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟

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岩土力学 2015年第12期36卷 3606-3614页

作者：王军祥姜谙男宋战平大连海事大学道路与桥梁工程研究所辽宁大连116026 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确... 详细信息

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。

关键词：近海富水区隧道围岩稳定性弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型智能反分析程序编制

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孔隙变化条件下黄土土水特征曲线预测模型

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岩土工程学报 2022年第11期44卷 2017-2025页

作者：张玉伟宋战平谢永利西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 长安大学公路学院陕西西安710064

黄土具有明显的大孔隙结构,浸水湿陷过程中内部孔隙不断变化,导致其浸水过程的土水特征曲线也动态变化。为简便预测孔隙变化条件下黄土的土水特征曲线,以孔隙体积函数为切入点,假定浸水引起孔隙变化对孔隙体积函数的影响规律,引入平移... 详细信息

黄土具有明显的大孔隙结构,浸水湿陷过程中内部孔隙不断变化,导致其浸水过程的土水特征曲线也动态变化。为简便预测孔隙变化条件下黄土的土水特征曲线,以孔隙体积函数为切入点,假定浸水引起孔隙变化对孔隙体积函数的影响规律,引入平移因子ξ和压缩因子ξ,通过平均孔隙半径建立平移因子和压缩因子与孔隙指标e之间的关系,基于初始孔隙状态推导得到不同孔隙条件下的孔隙体积函数,以Gardner模型为基础,引入孔隙指标建立考虑浸水孔隙变化的黄土土水特征曲线模型,当不考虑孔隙变化影响时本模型退化为Gardner模型。模型包含6个参数,均可通过试验确定,由初始状态对模型参数进行标定,并预测孔隙变化时黄土的土水特征曲线。研究表明模型预测结果与试验结果吻合较好,运用本模型可准确预测浸水引起的孔隙变化条件下黄土土水特征演化规律,这为建立黄土的本构模型奠定了良好的基础。

关键词：黄土孔隙变化土水特征曲线预测模型

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基于非线性模糊层次分析法的TBM施工风险评价模型研究

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岩土力学 2021年第5期42卷 1424-1433页

作者：宋战平郭德赛徐甜华伟雄西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300300 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司广州深圳518083

隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)施工风险评价受到众多不确定因素影响,传统的模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,简称FAHP)使用线性算子计算风险等级,易造成某些突出风险因素的影响被弱化,引起最终评价结果... 详细信息

隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)施工风险评价受到众多不确定因素影响,传统的模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,简称FAHP)使用线性算子计算风险等级,易造成某些突出风险因素的影响被弱化,引起最终评价结果的准确性降低。将非线性算子引入到传统FAHP的综合计算中,建立了基于非线性FAHP的TBM施工风险评价新模型。基于作业分解结构法(WBS)和风险分解结构法(RBS),构建了TBM施工风险指标体系;采用层次分析法计算风险评价指标体系中所有风险因素的权重,结合专家评价法得到的隶属度向量构造模糊关系矩阵;引入非线性算子对风险权重和模糊关系矩阵进行综合分析;在此基础上根据最大隶属度原则,得到TBM施工的最终风险等级。将构建的新模型应用到在建深圳地铁羊台山隧道TBM穿越F2-2次生断层施工的风险分析中,得出TBM穿越该断层洞段施工风险等级为4级,属较高风险。基于羊台山隧道工程实例,讨论了新模型和传统FAHP评价方法的区别,进一步验证了新模型的可靠性。

关键词：隧道工程 TBM施工风险评价非线性模糊层次分析法

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辽东半岛海岸侵蚀分布规律及其发育特征

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水土保持通报 2014年第2期34卷 34-37页

作者：于德海姜谙男宋战平大连海事大学道路与桥梁工程研究所辽宁大连116026 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为了探明辽东半岛海岸侵蚀的分布规律和发育特征,结合海岸侵蚀的现场调查资料,对辽东半岛海岸蚀淤状况和侵蚀发育特征进行了研究。结果表明,辽东半岛海岸可划分为严重侵蚀、强侵蚀、侵蚀、微侵蚀、稳定共5种侵蚀等级。其中,沙质海岸侵... 详细信息

为了探明辽东半岛海岸侵蚀的分布规律和发育特征,结合海岸侵蚀的现场调查资料,对辽东半岛海岸蚀淤状况和侵蚀发育特征进行了研究。结果表明,辽东半岛海岸可划分为严重侵蚀、强侵蚀、侵蚀、微侵蚀、稳定共5种侵蚀等级。其中,沙质海岸侵蚀较重的区域主要分布在绥中和鲅鱼圈一带,基岩海岸侵蚀较重的区域主要分布在大连金石滩一带,粉沙淤泥质海岸侵蚀较重的区域分布在庄河一带。河流入海泥沙的减少是近年来辽东半岛海岸侵蚀的主要原因,气候变暖引起的海平面上升对辽东半岛海岸侵蚀起一定的控制作用。此外,人为采砂和不合理的海岸工程进一步加剧了局部海岸侵蚀的程度。

关键词：海岸侵蚀发育特征辽东半岛

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桥基隧道明挖施工多元信息集成智能方法与应用

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岩土力学 2014年第2期35卷 490-496页

作者：姜谙男沙权贤宋战平李鹏吴彪大连海事大学道路与桥梁工程研究所辽宁大连116026 中铁十三局第一工程有限公司辽宁大连116033

针对大连地铁香工街车站明挖施工邻接桥桩的问题,构建施工远程信息自动化监测体系,进行静力水准仪、电子测斜仪、电子轴力计等传感器布置,获得施工过程多元信息。基于Visual C#.Net平台自主开发了集成智能分析系统,引入支持向量机和差... 详细信息

针对大连地铁香工街车站明挖施工邻接桥桩的问题,构建施工远程信息自动化监测体系,进行静力水准仪、电子测斜仪、电子轴力计等传感器布置,获得施工过程多元信息。基于Visual C#.Net平台自主开发了集成智能分析系统,引入支持向量机和差异进化算法,建立三维力学参数反分析和时间序列预测方法。该软件系统包括数据操作、反馈分析、数据报警和可视化输出的模块。将该方法系统应用于大连地铁香工街车站施工过程,进行多元信息采集,利用实际监测的信息数据,调用系统差异进化算法进行第2层和第3层岩石弹性参数搜索,反馈计算值与监测值的最大相对误差为8.23%,进而简化了倒换撑方案。然后通过对QCJ-13-01桥墩监测数据的DE-SVM非线性时间序列预测和超前报警,及时采取隔离桩措施,有效地控制了桥桩变形。该方法系统集自动化远程监测硬件技术和计算智能分析功能于一体,为类似复杂地下工程信息化施工提供先进有效的途径。

关键词：明挖多元信息时间序列预测集成智能支持向量机

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广州市农业标准化工作现状及发展建议

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广东农业科学 2005年第3期32卷 76-78页

作者：宋占平广州市农业标准与监测中心广东广州510308

农业标准化是实现农业现代化的重要基础。阐述了广州市农业标准化工作的现状,并对进一步提高农业标准化水平提出5点建议。

关键词：农业标准标准化现状建议

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隧道洞内管棚超前预支护力学行为的理论分析

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中国公路学报 2020年第4期33卷 89-98页

作者：宋战平田小旭周冠南李维维西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300300

为使管棚受力分析模型能更好地模拟管棚的实际受力状态,基于注浆加固区域的受力特性分析,提出了考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型。考虑注浆加固区的整体性,对管棚超前支护体系进行受力特性分析,提出可表征注浆加固区整体性的特... 详细信息

为使管棚受力分析模型能更好地模拟管棚的实际受力状态,基于注浆加固区域的受力特性分析,提出了考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型。考虑注浆加固区的整体性,对管棚超前支护体系进行受力特性分析,提出可表征注浆加固区整体性的特征参数。综合考虑管棚注浆加固区整体性的特征参数、开挖面前方松动岩土体的支撑作用以及初期支护变形滞后效应等因素的影响,将管棚划分为二次衬砌段、初期支护段、开挖无支护段、开挖面前方扰动段和未扰动段;基于Winkler弹性地基模型,建立可考虑管棚注浆加固区整体性影响的管棚受力分析模型,并推导了管棚挠度和内力的计算公式。通过工程实例的对比分析,考虑注浆加固区整体性的管棚受力分析模型的计算结果更接近实测数据,从而验证了构建管棚模型的合理性。基于建立的管棚受力分析模型,分析注浆加固区的整体性对管棚变形和内力的影响规律,结果表明加固区弹性模量可显著减小管棚的变形和内力。管棚的参数分析表明,在实际工程中,增加钢管直径不能有效降低管棚挠度和内力,减小管棚挠度和内力最有效的方法为合理布置管棚的安装间距和采取合理的注浆量。

关键词：隧道工程管棚受力分析加固区整体性弹性地基梁

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地铁隧道施工地表沉降槽宽度系数取值研究

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公路 2018年第5期63卷 302-308页

作者：李世豪宋战平西安建筑科技大学土木工程学院西安市710055 西安建筑科技大学隧道与地下结构工程研究所西安市710055

Peck公式广泛用于地铁隧道施工地表沉降计算,沉降槽宽度系数（i）是该公式的主要参数之一。目前各类沉降槽宽度系数（i）计算式多为现场实测数据或室内试验数据拟合求出,不能理论地反映出沉降槽宽度系数（i）与隧道埋深、地层土的性质... 详细信息

Peck公式广泛用于地铁隧道施工地表沉降计算,沉降槽宽度系数（i）是该公式的主要参数之一。目前各类沉降槽宽度系数（i）计算式多为现场实测数据或室内试验数据拟合求出,不能理论地反映出沉降槽宽度系数（i）与隧道埋深、地层土的性质、隧道半径的关系。从地表沉降曲线变形规律出发,假定地层在沉降曲线拐点处稳定状态发生变化,提出土体破坏剪切面通过沉降曲线的拐点的观点,基于太沙基极限平衡原理,求出了地表沉降槽宽度系数（i）计算式。两组工程实例的实测数据与计算沉降曲线的对比表明实测数据与预测结果吻合良好,误差较小,验证了提出的沉降槽宽度系数（i）计算式的准确性和适用性。

关键词：隧道工程沉降槽宽度系数理论分析 Peck公式地表沉降研究

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