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铁道科学与工程学报 2021年第7期18卷 1764-1772页

作者：李步遥司马军武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 岩土与结构工程安全湖北省重点试验室湖北武汉430072

随着城市地铁建设快速发展,地铁车站基坑的变形要求越来越严格,基坑土层设计参数的选择面临着极大挑战。利用思维进化算法(MEC)优化BP神经网络的初始权值和阈值,结合有限元数值模拟,提出基于基坑水平位移的土层参数反演分析方法。采用... 详细信息

随着城市地铁建设快速发展,地铁车站基坑的变形要求越来越严格,基坑土层设计参数的选择面临着极大挑战。利用思维进化算法(MEC)优化BP神经网络的初始权值和阈值,结合有限元数值模拟,提出基于基坑水平位移的土层参数反演分析方法。采用文献算例对该方法进行验证,并与不同反演方法进行对比。研究结果表明:1)MEC-BP神经网络对多工况水平位移的反演分析结果与文献结果基本一致,验证了该方法的有效性和实用性;2)MEC-BP神经网络的收敛速度快于遗传神经网络(GA-BP),其反演结果优于常规BP神经网络、GA-BP方法和修正高斯-牛顿法(G-N);3)采用标量误差函数F_(err)进行寻优,可以提高MEC-BP法水平位移反演分析结果的稳定性和准确性。

关键词：深基坑位移反演分析参数优化思维进化算法 BP神经网络适应度函数

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基于围岩位移反演分析的公路隧道施工安全控制技术研究

基于围岩位移反演分析的公路隧道施工安全控制技术研究

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作者：周均法青岛理工大学

学位级别：硕士

随着国家经济的快速发展,人口的流动量越来越大,人们对交通的需求量也日益增大,而且对交通环境以及舒适度提出了更高的标准和要求。公路隧道因其具有克服地形高程障碍,改善路面线形,缩短公路里程等作用而获得了快速的发展。然而,公路隧... 详细信息

随着国家经济的快速发展,人口的流动量越来越大,人们对交通的需求量也日益增大,而且对交通环境以及舒适度提出了更高的标准和要求。公路隧道因其具有克服地形高程障碍,改善路面线形,缩短公路里程等作用而获得了快速的发展。然而,公路隧道大多位于复杂的地质环境中,周围岩体构造复杂,在施工过程中若对隧道围岩稳定和隧道结构变形控制不当,将会带来十分严重的后果。因此,对公路隧道施工过程进行数值模拟,分析围岩受力与变形特征,并以隧道围岩位移实测数据为依托反演分析隧道围岩的物理力学参数,对于确保隧道施工的安全与围岩稳定具有重要的意义,可为隧道施工安全控制研究提供一定的参考和借鉴。本文以青岛市珠宋路抓马山隧道浅埋段施工为工程背景,运用理论分析、数值模拟与现场监测数据反演分析相结合的方法,进行了以下几个方面的研究:(1)首先结合国内外隧道施工安全控制与围岩位移反演分析的研究现状,分析了隧道围岩变形机理与围岩稳定性分析方法,从隧道岩体状态、隧道埋深及隧道施工方法三个方面,对隧道围岩稳定性的主要影响因素进行了探讨,为进行围岩施工安全控制分析打下理论基础。(2)运用MIDAS GTS NX有限元软件对青岛市珠宋路抓马山隧道浅埋段建立了三维数值仿真分析模型,建模过程中,假定岩体为弹塑性材料,并符合摩尔-库仑准则,考虑不同岩层间岩体材料力学参数的差异性。并将数值模拟结果与现场监测数据对比,验证了模型分析的可靠性。(3)运用所建立的有限元模型对青岛市珠宋路抓马山隧道浅埋段进行仿真模拟分析。结果表明:隧道开挖打破了岩体的原始应力,应力沿着开挖面重新分布并达到新的平衡。在钢支撑与围岩相交处出现应力集中,最大竖向压应力为2.87MPa,最大竖向拉应力为0.62MPa;最大水平压应力为1.57MPa,最大水平拉应力为0.32MPa。利用CRD法开挖隧道左侧导洞,分析发现左侧导洞拱顶沉降主要是由于左上导洞开挖引起,其沉降位移占左侧沉降位移的90%以上,受左侧导洞影响。开挖右侧导洞时拱顶沉降位移叠加了左侧开挖时的沉降位移,右侧沉降值较大;开挖隧道围岩由于土体卸荷作用,周围岩体对隧道产生挤压,隧道开挖初期围岩水平净空收敛值突然增大,施作支护结构可以有效地限制围岩收敛变形;中间钢支撑在与未支护围岩处出现应力集中现象,向X正、负向应力最大值分别为21.4MPa和4.2MPa,该处钢支撑不仅需要抵抗围岩向隧道内收敛产生的外力,还需要抵抗开挖未支护部分岩体横向变形产生的应力。(4)利用数学回归分析的方法对青岛抓马山隧道ZK5+425断面水平收敛位移和拱顶沉降位移的实测数据进行拟合分析,选取与实测位移曲线相关系数最高的指数函数对围岩的拱顶沉降与水平净空收敛最终变形量进行预测。并利用MIDAS GTS NX有限元软件根据预测的变形量对隧道围岩的参数进行反演分析,得到符合该施工段的围岩物理参数,弹性模量E=1.292 GPa、泊松比μ=0.374,并利用同一施工段ZK5+365、ZK5+475、ZK5+505三个不同断面的实测数据进行了对比分析,证明了反演围岩参数的正确性。(5)根据模拟和反演分析的结果,针对抓马山隧道施工过程围岩变形和地表变形较大的问题,提出了在隧道施工过程中应该使用超前导管注浆加固和管棚注浆支护技术控制掌子面的先行变形;利用地表旋喷桩加固和地表垂直锚杆补强手段控制地表沉降变形。

关键词：公路隧道施工安全控制围岩稳定性位移反演分析数值模拟施工监测回归分析

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基于Hoek-Brown准则的位移反演分析GSI与岩体波速关系

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长江科学院院报 2017年第10期34卷 118-123页

作者：田茂霖肖洪天闫强刚山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266555 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 青岛市勘察测绘研究院山东青岛266555

地质强度指标GSI的选取有地域性,GSI的准确性会直接影响Hoek-Brown强度准则的应用效果。基于Hoek-Brown准则对青岛地铁3号线永平路站—青岛火车北站区间内的地质强度指标GSI、扰动系数D和泊松比进行反演研究,并利用均匀设计表对反演参... 详细信息

地质强度指标GSI的选取有地域性,GSI的准确性会直接影响Hoek-Brown强度准则的应用效果。基于Hoek-Brown准则对青岛地铁3号线永平路站—青岛火车北站区间内的地质强度指标GSI、扰动系数D和泊松比进行反演研究,并利用均匀设计表对反演参数进行范围划分和试验点选取,有效降低了试验次数,同时保证了较好的试验效果。借助FLAC3D软件计算出10个断面的GSI值,并研究了GSI与岩体波速Vp的关系,通过线性拟合得到GSI-Vp关系式,并用于预测青岛地铁3号线重永区间的GSI值。结果表明:GSI-Vp关系式所预测的GSI值用于重永区间数值模拟计算,所得位移值与该区间监测值的相对误差较小,具有较好的一致性,进而验证了关系式的合理性。研究成果为工程上准确获得GSI提供了新方法。

关键词： Hoek-Brown准则位移反演分析均匀设计地质强度指标GSI 岩体波速Vp

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基于位移反演分析的小煤柱损伤渗透特性研究

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煤矿安全 2017年第7期48卷 188-191,195页

作者：程志斌河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

某矿8204工作面回风巷采用小煤柱护巷布置方式,为分析小煤柱破坏损伤程度及煤层透气性,基于ABAQUS数值模拟,从研究开采扰动引起的裂隙带空间结构、覆岩应力场分布特征出发,分析掘巷期间、回采期间小煤柱应力状态、损伤应变及透气性的时... 详细信息

某矿8204工作面回风巷采用小煤柱护巷布置方式,为分析小煤柱破坏损伤程度及煤层透气性,基于ABAQUS数值模拟,从研究开采扰动引起的裂隙带空间结构、覆岩应力场分布特征出发,分析掘巷期间、回采期间小煤柱应力状态、损伤应变及透气性的时空分布规律。模拟结果表明,掘进工作面附近的煤柱透气性系数急剧增长,随着向前或向后远离掘进工作面,透气性系数迅速衰减;工作面后方煤柱破坏严重,与掘进时期相比,煤柱透气性系数大大增加,局部增加2个数量级以上。

关键词：位移反演分析数值模拟小煤柱损伤渗透性

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基于BP网络的土层弹性模量反演及其在ABAQUS中的实现

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工程建设 2023年第9期55卷 13-18页

作者：袁三莲伍军中交二航局建筑科技有限公司湖北武汉430000

土层弹性模量一般难以通过现场勘探或室内试验得到,而开展位移反演分析具有相对优势。本文融合BP神经网络算法优化和有限元软件ABAQUS建模技术,借助ABAQUS软件中的python语言接口自行编程,以MATLAB工具箱为平台,对非均质土层的弹性模量... 详细信息

土层弹性模量一般难以通过现场勘探或室内试验得到,而开展位移反演分析具有相对优势。本文融合BP神经网络算法优化和有限元软件ABAQUS建模技术,借助ABAQUS软件中的python语言接口自行编程,以MATLAB工具箱为平台,对非均质土层的弹性模量开展位移反演分析,并预测桩基后续沉降。研究结果表明:土层弹性模量反演值与土层压缩模量地勘报告值之间存在潜在的数学函数关系;桩基沉降预测值与现场试验监测值高度吻合,并且桩基沉降预测值大于现场试验监测值。本文成果可为提高桩基沉降的预测效率,为后续的施工设计调整提供数据支撑。

关键词：岩土工程土层弹性模量桩基沉降位移反演分析 BP神经网络 ABAQUS

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基于改进神经网络的基坑位移反分析方法应用研究

基于改进神经网络的基坑位移反分析方法应用研究

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作者：李步遥武汉大学

学位级别：硕士

随着地下空间开发和轨道交通的发展,城市深基坑的变形设计要求越来越严格,基坑土层设计参数的选择面临着极大挑战。基坑位移反演分析是获得土层设计参数、控制基坑风险的重要手段。近年来,以神经网络为代表的人工智能方法飞速发展,在许... 详细信息

随着地下空间开发和轨道交通的发展,城市深基坑的变形设计要求越来越严格,基坑土层设计参数的选择面临着极大挑战。基坑位移反演分析是获得土层设计参数、控制基坑风险的重要手段。近年来,以神经网络为代表的人工智能方法飞速发展,在许多领域得到深度应用,也推动了位移反分析方法的进一步发展。本文先后利用思维进化神经网络（MEC-BP）、深度学习算法LSTM神经网络与基于Pareto的多目标遗传算法NSGA-II,结合有限元数值模拟,分别提出了基于基坑实测位移的正反分析和逆反分析方法,然后,采用文献算例对上述方法进行了验证,比较了不同反演方法的效果,对基坑土层参数反演分析具有指导意义。所做工作成果如下: （1）采用提出的样本数据预处理方法整体归一法,与常规归一法进行对比,能够提高BP神经网络的训练精度,并利用思维进化算法（MEC）优化BP神经网络的初始权值和阈值,其反演结果优于常规BP神经网络,且采用标量误差函数Ferr进行寻优,可以提高MEC-BP法水平位移反演分析结果的稳定性和准确性。（2）提出了基于LSTM神经网络的位移逆反分析和正反分析方法,通过算例表明基于LSTM神经网络的位移逆反分析法反演分析结果优于MEC-BP和BP神经网络,且基于不同工况测斜数据反演得到的土层参数值变化趋势较为稳定,验证了该方法的有效性和实用性。其次,基于LSTM神经网络的正反分析法反演效果优于基于LSTM神经网络的逆反分析法。（3）利用Bi-LSTM神经网络建立有限元替代程序,采用曲线拟合误差函数CFAE作为评价指标,提高了训练效果;其次,利用鲸鱼优化算法（WOA）优化Bi-LSTM神经网络的结构参数,提高了神经网络的运行速度和预测精度。（4）采用基于Pareto的多目标遗传神经网络NSGA-II-LSTM对水平位移和沉降位移进行正反分析,其反演结果优于基于传统加权组合法的WOA-LSTM神经网络,与单目标反演分析方法进行对比,提高了参数识别的准确性和基坑变形的预测精度。

关键词：深基坑位移反演分析 BP神经网络思维进化算法长短期记忆网络 NSGA-II算法多目标反分析

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济南地区MMC参数选取对既有地铁隧道影响性研究

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交通科技与管理 2024年第6期 16-18页

作者：董元滨隋伟陈政友杨明昕翟文娟山东轨道交通勘察设计院有限公司方圆标志认证集团山东有限公司

文章结合济南地区多项邻近地铁的基坑工程，采用修正莫尔库伦（MMC）模型模拟土质地层、土岩二元复合地层基坑在施工过程中对既有地铁隧道的影响。运用位移反演分析技术，针对修正莫尔库伦（MMC）本构关系中开挖卸荷影响较大的参数Eurre... 详细信息

文章结合济南地区多项邻近地铁的基坑工程，采用修正莫尔库伦（MMC）模型模拟土质地层、土岩二元复合地层基坑在施工过程中对既有地铁隧道的影响。运用位移反演分析技术，针对修正莫尔库伦（MMC）本构关系中开挖卸荷影响较大的参数Eurref、Eoedref、E50ref进行研究。通过多个项目模型的多次调试，建立Eurref、Eoedref、E50ref参数取值数据库。并与现场监测数据进行对比验证，使数值模拟计算的地铁隧道变形值接近监测实测值。分析结果表明，对于粉质黏土地层按照Eurref∶Eoedref∶E50ref=7∶1∶1取值，对于全风化岩层按照Eurref∶Eoedref∶E50ref=4∶1∶1取值，模拟计算结果接近工程监测实测值。可为后续济南地区数值模拟工作参数取值提供参考依据。

关键词： MMC模型位移反演分析参数选取基坑地铁隧道

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嵌岩大直径随钻跟管桩的竖向抗压承载特性研究

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建筑结构 2019年第S02期49卷 808-816页

作者：戚玉亮唐孟雄广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司广州510440 广州建筑产业研究院有限公司广州510440 广州市建筑科学研究院有限公司广州510440

桩端嵌入中、微风化岩的大直径随钻跟管桩是利用专用钻机在成孔的同时沉入大直径PHC管桩,桩端灌注混凝土封底,桩壁外侧灌注水泥浆形成的一种无泥浆护壁的环保型管桩基础。基于现场试验数据,采用位移反分析理论深入分析了管桩与水泥注浆... 详细信息

桩端嵌入中、微风化岩的大直径随钻跟管桩是利用专用钻机在成孔的同时沉入大直径PHC管桩,桩端灌注混凝土封底,桩壁外侧灌注水泥浆形成的一种无泥浆护壁的环保型管桩基础。基于现场试验数据,采用位移反分析理论深入分析了管桩与水泥注浆土体界面力学参数,进而通过三维有限元-无限元组合方法正演计算分析,研究了逐级静载荷作用下大直径随钻跟管桩桩身混凝土损伤发展、演化的变化规律。验证了2条试验桩的失效模式,以及ABAQUS损伤塑性本构模型的有效性。研究认为:提出的桩土界面参数的反演分析模型准确可靠,数值模拟仿真效果较好;静载荷试验确定的大直径管桩极限承载力正好接近桩身混凝土初始压缩损伤所对应的荷载。

关键词：大直径随钻跟管桩界面力学参数位移反演分析 ABAQUS无限元混凝土损伤塑性模型静载荷试验

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深挖边坡支护结构变形研究

深挖边坡支护结构变形研究

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作者：海彦龙西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,各地高层建筑和地下结构如雨后春笋般相继涌现,伴随它们的是一个个深基坑工程和深挖边坡工程,而由该类工程引发的岩土工程问题日益凸现。随着计算机技术的迅速发展与应用,大部分工程人员和科研人员开始采用数值模拟理论和方法对... 详细信息

近年来,各地高层建筑和地下结构如雨后春笋般相继涌现,伴随它们的是一个个深基坑工程和深挖边坡工程,而由该类工程引发的岩土工程问题日益凸现。随着计算机技术的迅速发展与应用,大部分工程人员和科研人员开始采用数值模拟理论和方法对边坡支护结构的变形规律和受力情况进行分析。数值模拟时,岩土体力学参数的精确选取是获取理想数值模拟成果的一个重要前提。但是,由于取样的随机性和局限性,试验方法无法全面的反映工程区域内岩土体的特性,常常导致理论分析结果与实际情况偏差较大。因此,人们开始尝试在基坑工程和边坡工程中运用位移反分析理论来确定相应的岩土体等效参数,并获得了一定的成果。本文借鉴于前人的分析思路与方法,采用FLAC3D软件建立三维分析模型,将位移优化反分析中的黄金分割点法作为参数反演计算的基本方法,对重庆市某深挖边坡支护结构变形情况进行了分析,论文研究的主要工作和得到的结论如下：(1)整理第一阶段施工过程中支护结构的变形监测数据,对变形结果进行分析,发现在第一阶段施工完成时S4测点处的变形量达37.4mm。(2)对于变形较大的断面,以FLAC3D软件建立三维分析模型,并提出基于FLAC3D模型的岩土体等效参数反演分析流程,结合现场勘测资料和工程监测数据,对桩后泥岩的参数进行了反演,得出桩后泥岩的等效弹性模量为0.658GPa,等效粘聚力为129KPa。(3)采用FLAC3D软件模拟分析第一阶段施工时支护结构的变形情况和周边地表的沉降情况,分析发现施工开挖前期支护结构变形速率较大,后期由于锚杆数量的增多,支护结构的变形得到了有效地控制。(4)出于安全角度考虑,运用修正模型模拟预测第二阶段施工时支护结构的变形情况,预测结果显示：支护结构变形继续增加,施工完成时的变形最大值达49.18mm；支护结构的变形呈现一定的规律性,1#桩的变形受2#桩的变形影响较大,且在第二阶段施工过程中1#桩变形呈现出平行移动现象。针对第二阶段施工,支护结构可能出现的变形情况,提出控制变形的优化方案。

关键词：边坡工程支护结构数值模拟位移反演分析

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夏村隧道施工监控量测与围岩参数位移反分析

夏村隧道施工监控量测与围岩参数位移反分析

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作者：韩小川南昌工程学院

学位级别：硕士

在隧道施工过程中,监控量测具有确保安全,指导施工、反馈信息、修正设计、积累资料的重要作用,因此不可缺少。本文建立在对夏村隧道进行监控量测的基础之上,通过监控量测,能够观测到监控断面的变形量大小,可以预测到检测断面的最终变形... 详细信息

在隧道施工过程中,监控量测具有确保安全,指导施工、反馈信息、修正设计、积累资料的重要作用,因此不可缺少。本文建立在对夏村隧道进行监控量测的基础之上,通过监控量测,能够观测到监控断面的变形量大小,可以预测到检测断面的最终变形量以及二衬施做的合理时机,并且通过使用黄金分割,应用相关软件,找到了满足实际变形值的隧道围岩参数。这些等效的围岩参数值要比室内实验获得的参数值有更大的实际工程应用价值。本文主要内容包括:1)对三柳高速夏村隧道的工程背景、工程条件进行调研和分析。2)根据规范并结合实际现场情况,制定出监控量测的工作方案,并严格按照该方案执行监控量测工作,将每天的检测结果进行汇总和整理,向施工单位定期提交检测报告。3)利用实际得到的检测数据,分别根据指数函数、双曲函数、对数函数对它们进行回归分析,找出吻合度最高的一种函数,然后通过回归函数预测该断面的最终变形以及二衬施做的合理时机。4)以ZK5+760断面的变形数据为依据,建立模型,进行位移反演分析,得到了与实际变形情况相符合情况下的等效围岩参数,以此参数为依据,利用FLAC3D数值模拟,可以为接下来隧道的施工以及设计提供必要的依据。本文利用了夏村隧道围岩变形的监控量测的数据,完成了变形回归分析工作,这样能使得监控量测工作所得到的实际数据更好地为隧道的现场施工服务。利用夏村隧道的实测数据,完成了围岩参数位移反演分析,这为夏村隧道的等效参数获取提供了一种更加省时、经济的方法,当遇到相似情况时,可以以此为一定的借鉴,同时对隧道工程领域中反分析法的使用有借鉴之意义。

关键词：隧道施工监控量测回归分析位移反演分析

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