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Time-dependent behavior and permeability evolution of limestone under hydro-mechanical coupling

Journal of Mountain Science 2024年第5期21卷 1697-1714页

作者： wang Zhilong ZENG Zhengqiang LYU Cheng wang mingnian HU Xiongyu DONG Yucang School of Civil Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 61003China College of Civil Engineering Tongji UniversityShanghai 200092China College of Water Resource and Hydropower Sichuan UniversityChengdu 610065China Hebei GEO University Shijiazhuang 050031China

Excessively high pore water pressure presents unpredictable risks to the safety of rock tunnels in mountainous regions that are predominantly composed of limestone. Investigating the creep characteristics and permeability evolution of limestone under varying hydrated conditions is crucial for a better understanding of the delayed deformation mechanisms of limestone rock tunnels. To this end, this paper initially conducts a series of multi-stage triaxial creep tests on limestone samples under varying pore water pressures. The experiment examines how pore water pressure affects limestone’s creep strain, strain rate, long-term strength, lifespan, and permeability, all within the context of hydraulicmechanical(HM) coupling. To better describe the creep behavior associated with pore water pressure, this paper proposes a new nonlinear fractional creep constitutive model. This constitutive model depicts the initial, steady-state, and accelerated phases of limestone’s creep behavior. Finally, the proposed model is applied to the numerical realization of deformation in limestone tunnel, validating the effectiveness of the proposed constitutive model in predicting tunnel’s creep deformation. This research enhances our understanding of limestone’s creep characteristics and permeability evolution under HM coupling, laying a foundation for assessing the longterm stability of mountain tunnels.

关键词： Creep test Hydraulic-mechanical coupling Creep constitutive model Fractional derivatives Pore pressure

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中国交通隧道运营及防灾通风技术发展与展望

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现代隧道技术 2024年第2期61卷 152-166页

作者：王明年邓涛于丽西南交通大学土木工程学院成都610031 交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学智慧城市与交通学院成都610031

从运营和防灾两个维度,综述了我国交通隧道运营期通风在标准和技术方法两个层面的研究现状,总结了我国交通隧道运营及防灾通风的技术进步并指出了未来的发展方向。结果表明:新世纪以来我国交通隧道呈现出建造长度特长化、建造环境多元... 详细信息

从运营和防灾两个维度,综述了我国交通隧道运营期通风在标准和技术方法两个层面的研究现状,总结了我国交通隧道运营及防灾通风的技术进步并指出了未来的发展方向。结果表明:新世纪以来我国交通隧道呈现出建造长度特长化、建造环境多元化、建造形式复杂化以及服务对象低碳化的发展趋势,对我国交通隧道运营及防灾通风的技术进步起到了显著推动作用;针对特长山岭隧道、高海拔隧道、水下隧道以及曲线和互通等复杂隧道类型,已发展出了成熟的通风技术体系,但现行运营通风标准在匹配汽车行业的技术进步方面存在一定滞后性;未来我国交通隧道运营及防灾通风朝向低碳和数字智慧化方向发展将成为必然趋势。

关键词：公路隧道铁路隧道运营通风防灾通风研究综述

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中国隧道支护结构设计理论及方法发展与展望

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现代隧道技术 2024年第2期61卷 28-42,79页

作者：赵勇王明年于丽张霄西藏铁路建设有限公司林芝860000 西南交通大学隧道工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031

自1888年修建第一座隧道——狮球岭铁路隧道以来,中国隧道支护结构设计理论及方法的发展经历了起步阶段、探索阶段、发展阶段及创新阶段。隧道围岩分级由单一指标的定性分级方法,发展到基于多指标的综合分级方法;隧道围岩压力由塌方荷载... 详细信息

自1888年修建第一座隧道——狮球岭铁路隧道以来,中国隧道支护结构设计理论及方法的发展经历了起步阶段、探索阶段、发展阶段及创新阶段。隧道围岩分级由单一指标的定性分级方法,发展到基于多指标的综合分级方法;隧道围岩压力由塌方荷载,发展到形变压力;隧道支护结构内力计算方法由不考虑围岩抗力的“荷载-结构”法,发展到考虑围岩抗力的“荷载-结构”法及“地层-结构”法;隧道支护结构安全度检算由容许应力法及破损阶段法,发展到基于可靠度理论的概率极限状态法。隧道支护结构设计理论及方法总体上由依赖经验的类比设计和标准设计方法,逐渐向半定量和完全数值定量的解析设计方法转变,并向信息化、智能化方向发展。文章系统地回顾了我国隧道工程建设情况、隧道围岩分级、隧道支护结构内力计算方法及安全度检算方法的发展历程,总结了我国隧道支护结构设计理论及方法在各阶段的技术突破,展望了以主动支护为核心的隧道支护结构智能设计方法。

关键词：交通隧道工程支护结构设计理论设计方法

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挤压性地层TBM隧道形变压力计算方法研究

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铁道工程学报 2024年第7期41卷 63-68页

作者：李志军王明年王志龙于丽姜志毅张霄上官宇文西南交通大学成都610031

研究目的:目前国内外主要围绕挤压性地层条件下双护盾TBM的设备选型与施工技术进行研究,但是针对管片结构设计方面的研究却较少,尤其是针对管片结构所受围岩压力的研究。为了弥补这方面的研究不足,本文结合TBM隧道施工的时空效应,重点... 详细信息

研究目的:目前国内外主要围绕挤压性地层条件下双护盾TBM的设备选型与施工技术进行研究,但是针对管片结构设计方面的研究却较少,尤其是针对管片结构所受围岩压力的研究。为了弥补这方面的研究不足,本文结合TBM隧道施工的时空效应,重点研究双护盾TBM隧道管片在挤压性地层中的形变压力计算方法。研究结论:(1)通过采用遗传蠕变模型,模拟了围岩变形的时序效应,并将其整合到隧道纵向变形曲线中,因此形成了一种考虑时空效应的隧道纵向变形曲线计算方法,通过考虑第一阶段的超前变形量,构建了基于等效开挖洞径的围岩特性曲线公式;(2)利用厚壁圆筒的弹性理论,推导出了管片-豆砾石组合支护的刚度计算公式,同时,建立了临界弹性模量的计算表达式;(3)基于收敛-约束法分析原理,推导出了组合支护力与组合支护位移的公式,进一步形成了管片形变压力的计算方法,最终这一形变压力计算方法的准确性通过实际工程案例得以验证;(4)本研究成果可应用于挤压性地层TBM隧道管片结构的设计。

关键词：挤压性地层管片双护盾TBM 形变压力隧道

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基准排放因子更新对隧道需风量的影响研究

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西南交通大学学报 2024年第1期59卷 113-120页

作者：王旭王明年严涛于丽中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081 国铁川藏科创中心(成都)有限公司四川成都610213 川藏铁路技术创新中心有限公司四川成都610213 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为解决交通车辆持续更新导致的城市隧道内通风系统设计浪费和运营闲置,研究基准排放因子更新对隧道需风量的影响,并建立2种应对车辆更新的基准排放因子计算方法.首先,通过理论分析明确需风量计算式中随时间更新的关键参数为基准排放因子... 详细信息

为解决交通车辆持续更新导致的城市隧道内通风系统设计浪费和运营闲置,研究基准排放因子更新对隧道需风量的影响,并建立2种应对车辆更新的基准排放因子计算方法.首先,通过理论分析明确需风量计算式中随时间更新的关键参数为基准排放因子;随后,根据定量分析得到基准排放因子和纵坡-车速系数更新对需风量的影响;最后,结合国外理念和实际设计经验,提出2种考虑时间更新的基准排放因子计算方法.研究结果表明:我国道路隧道通风设计规范在制定基准排放因子时参考了世界道路协会(PIARC)通风报告,并分析得到了参考理由;与2000年相比,2021年的CO、NOx和PM基准排放限值分别降低了81.6%、76.7%和97.9%;建立了使用机动车污染物排放限值作为基准排放因子的最不利设计方法,计算出2018年各污染物基准排放因子(CO为0.0011 m^(3)/(辆·km),PM为0.4610 m^(2)/(辆·km)),相比于2014年《细则》分别降低84.3%和77.0%.建立并验证了基准排放因子计算方法,为城市道路隧道通风系统设计提供参考.

关键词：城市道路隧道通风设计需风量基准排放因子排放清单

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集成卷积神经网络和视觉Transformer的隧道掌子面岩性判识研究

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隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 1056-1067,I0078-I0089页

作者：向露露童建军王明年苗兴旺叶沛西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究综合高效的隧道掌子面岩性智能分类方法,首先,通过收集高铁沿线施工隧道高清掌子面照片、地质素描图及工程地质说明,筛选并统计出灰岩、泥岩、砂岩、玄武岩4种岩性,在此基础上,采用图像增强扩充样本数量并构建岩性样本集;然后,基... 详细信息

为研究综合高效的隧道掌子面岩性智能分类方法,首先,通过收集高铁沿线施工隧道高清掌子面照片、地质素描图及工程地质说明,筛选并统计出灰岩、泥岩、砂岩、玄武岩4种岩性,在此基础上,采用图像增强扩充样本数量并构建岩性样本集;然后,基于上述样本集分别构建ResNet50V2岩性分类迁移模型及VIT岩性分类模型,对比二者岩性分类效果,并采用Stacking方法集成2种模型的分类特点;最后,通过对比3种元学习器(逻辑回归、支持向量机、决策树)对2种模型的集成融合效果来选取最适用的元学习器。结果表明:采用逻辑回归集成ResNet50V2及VIT所构建的集成模型对岩性的分类效果最好,能充分融合掌子面岩性的全、局部特征来进行分类,模型准确率达到93.8%。

关键词：隧道掌子面岩性卷积神经网络视觉Transformer 集成学习 Stacking方法

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基于钻进参数和岩性的钻爆法隧道围岩智能分级模型

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隧道建设（中英文） 2024年第7期44卷 1410-1421页

作者：夏覃永王明年孙鸿强林鹏赵思光西南交通大学极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中国铁路经济规划研究院有限公司铁路工程技术标准所北京100038

为进一步提高基于钻进参数的围岩智能分级模型判识准确率,引入围岩岩性作为已知条件,对不同岩性分别建立基于钻进参数的围岩智能分级模型。首先,依托宜兴高铁、郑万高铁隧道工程中凿岩台车采集到的钻进参数,将其根据围岩岩性划分为白云... 详细信息

为进一步提高基于钻进参数的围岩智能分级模型判识准确率,引入围岩岩性作为已知条件,对不同岩性分别建立基于钻进参数的围岩智能分级模型。首先,依托宜兴高铁、郑万高铁隧道工程中凿岩台车采集到的钻进参数,将其根据围岩岩性划分为白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5类子数据集;然后,进行数据清洗、特征提取,对各子数据集及原始数据集按照4∶1的比例拆分为训练集和测试集,分别以提取的特征和原始特征均值2类特征集合作为输入;最后,使用机器学习随机森林算法建立5个基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型以及基于钻进参数的围岩智能分级模型,评估每个模型的泛化性能。结果显示:1)以提取特征集合为输入的白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5种围岩智能分级模型在测试集上的准确率分别为85.48%、92.16%、88.62%、85.00%、89.47%,不考虑岩性的围岩智能分级模型的测试集准确率为84.91%。2)相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型测试集准确率提高0.09%~7.25%;相比不进行钻进参数特征提取,围岩智能分级模型准确率提升1.61%~13.82%。由此表明:进行钻进参数特征提取能够有效提升围岩智能分级模型的准确率;相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,考虑岩性的围岩智能分级模型稳定性提高,模型的泛化能力提升。

关键词：隧道工程围岩智能分级随机森林算法钻进参数特征提取岩性

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护盾式TBM隧道管片壁后豆砾石分布规律

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 150-160页

作者：吴圣智赵洪海谢宏强董宇苍方霖王明年刘越山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室山东济南250101 河北地质大学城市地质与工程学院河北石家庄050031 四川省交通勘察设计研究院有限公司四川成都610017 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

作为管片与围岩间的连接层,TBM隧道中的豆砾石对管片受力具有重要意义。受施工技术、地质条件等影响,豆砾石填充不密实、分布不均匀的现象时常发生,导致管片出现错台、开裂、渗漏水等灾害,故探明豆砾石分布特征是分析管片受力的基础。对... 详细信息

作为管片与围岩间的连接层,TBM隧道中的豆砾石对管片受力具有重要意义。受施工技术、地质条件等影响,豆砾石填充不密实、分布不均匀的现象时常发生,导致管片出现错台、开裂、渗漏水等灾害,故探明豆砾石分布特征是分析管片受力的基础。对此,依托青岛地铁TBM隧道项目,采用地质雷达对管片壁后豆砾石分布特征进行现场测试,并进行单环管片豆砾石吹填数值模拟,分析了隧道直行段、转弯段豆砾石在管片壁后的迁移过程,讨论了地质条件、吹填压力、塌方等因素对吹填质量的影响规律。结果表明:在TBM隧道施工中,拱顶、隧底及转弯段外侧下部为豆砾石空洞多发部位,拱顶与隧底空洞长度大于1m,主要表现为层间脱空,转弯段外侧下部豆砾石空洞规模较小且不密实;地质条件越差,豆砾石出现空洞的概率及规模越大,强风化地层表现最为明显;塌方通过阻碍豆砾石迁移路径、增加碰撞耗能影响豆砾石吹填质量,但影响范围仅在塌方处;提升豆砾石吹填压力可以改善拱顶和隧底豆砾石填充状态,地质条件越好,改善程度越明显,强风化地层豆砾石吹填质量改善不明显;管片壁后豆砾石空洞按照形成原因分为3类:碰撞耗能、塌方掉块和转弯段间隙变小,并给出了3类空洞的多发部位、特征及施工控制建议。

关键词：隧道工程全断面隧道掘进机管片豆砾石分布特征

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Intelligent classification model of surrounding rock of tunnel using drilling and blasting method

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Underground Space 2021年第5期6卷 539-550页

作者： mingnian wang Siguang Zhao Jianjun Tong Zhilong wang Meng Yao Jiawang Li Wenhao Yi Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering Ministry of EducationSouthwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China School of Civil Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China

Classification of surrounding rock is the cornerstone of tunnel design and *** traditional methods are mainly qualitative and manual and require extensive professional knowledge and engineering *** minimize the effect of the empirical judgment on the accuracy of surrounding rock classification,it is necessary to reduce human *** intelligent classification technique based on information technology and artificial intelligence could overcome these *** this regard,using 299 groups of drilling parameters collected automatically using intelligent drill jumbos in tunnels for the Zhengzhou-Wanzhou high-speed railway in China,an intelligent-classification surrounding-rock database is constructed in this *** on a machine learning algorithm,an intelligent classification model is then developed,which has an overall accuracy of 91.9%.Finally,using the core of the model,the intelligent classification system for the surrounding rock of drilled and blasted tunnels is integrated,and the system is carried by intelligent jumbos to perform automatic recording and transmission of drilling parameters and intelligent classification of the surrounding *** approach provides a foundation for the dynamic design and construction(both conventional and intelligent)of tunnels.

关键词： Drilled and blasted tunnel Drilling parameter Machine learning Intelligent classification Surrounding rock

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单洞双层地铁隧道施工力学行为

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岩石力学与工程学报 2006年第Z1期25卷 2985-2990页

作者：时亚昕王明年李强西南交通大学土木工程学院四川成都610031

地铁隧道为避开沿线高大建筑物密布的桩基,部分段落需要采用暗挖法施工的单洞双层隧道通过,而此时地铁隧道穿越的地层条件复杂,围岩极其软弱,地下水位高,且隧道埋深较浅,其力学行为将和单个隧道大不相同。通过建立有限元模型,对软弱地... 详细信息

地铁隧道为避开沿线高大建筑物密布的桩基,部分段落需要采用暗挖法施工的单洞双层隧道通过,而此时地铁隧道穿越的地层条件复杂,围岩极其软弱,地下水位高,且隧道埋深较浅,其力学行为将和单个隧道大不相同。通过建立有限元模型,对软弱地质条件下单洞双层地铁隧道无临时横联和有临时横联的施工过程进行数值模拟,研究隧道各施工阶段的稳定性及支护结构的安全性,并对隧道洞周位移的计算值与实测值进行比较。结果表明,只有增加临时横联才能保证单洞双层地铁隧道的施工安全,且下洞施工和拆除临时横联是施工的关键工序。

关键词：隧道工程单洞双层地铁隧道临时横联有限元施工力学

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