基于融合时空注意力机制的掌子面前方围岩1D-CNN预测

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作者 姜炜 宋仁杰 +2 位作者 伍毅敏 傅鹤林 黄乐 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第10期1906-1918,共13页

为解决基于图像的掌子面前方围岩预测易受环境干扰的问题,提出一种以纵向位移曲线(LDP)(可反映围岩自身的强度属性)为输入的轻量化预测思路。首先通过数值模拟对3类围岩(GSI=15、30、50)在9种组合形式下的LDP曲线演化规律进行分析及总结... 为解决基于图像的掌子面前方围岩预测易受环境干扰的问题,提出一种以纵向位移曲线(LDP)(可反映围岩自身的强度属性)为输入的轻量化预测思路。首先通过数值模拟对3类围岩(GSI=15、30、50)在9种组合形式下的LDP曲线演化规律进行分析及总结,再基于融合时空注意力机制的一维卷积神经网络(1D-CNN)构建掌子面前方围岩预测模型。研究结果表明:1)均匀地层方案总体上变形量先增大再减小;GSI为15时,整体变形量较大;含地层分界面的方案在地层分界面之前变形量先增大再减小,在地层分界面之后的变形量与地层分界面之后的岩性参数相关。2)融合时空注意力机制的一维卷积神经网络模型以LDP纵向变形曲线数据进行输入,根据LDP纵向变形曲线的特征对地层进行分类,其预测准确率为0.88。3)将所提出的模型与不同变体模型进行对比分析,结果显示融合时空注意力机制的1D-CNN在参数量较低的情况下取得了最高的准确率。 展开更多

关键词 隧道 掌子面前方围岩 数值模拟 纵向变形曲线 预测模型 时空注意力机制 卷积神经网络

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考虑围岩和支护刚度的TBM隧洞纵向变形分析

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作者 朱宝强 石毅鹏 +4 位作者 于晓旋 彭浩 郭法旺 沈春勇 周海祚 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第5期69-76,共8页

研究目的:隧洞开挖纵向变形曲线是收敛约束法的重要组成部分,是开挖过程中隧洞围岩位移发展规律的直观反应。然而,目前大多数研究基于弹性、弹塑性理论推导或基于特定工程监测数据拟合纵向变形曲线,缺乏对不同围岩质量和支护情况的考虑... 研究目的:隧洞开挖纵向变形曲线是收敛约束法的重要组成部分,是开挖过程中隧洞围岩位移发展规律的直观反应。然而,目前大多数研究基于弹性、弹塑性理论推导或基于特定工程监测数据拟合纵向变形曲线,缺乏对不同围岩质量和支护情况的考虑,隧洞纵向变形曲线的适用范围有限。本文基于数值模拟构建隧洞开挖变形数据库,采用多元回归模型建立可量化不同围岩质量和环形衬砌支护刚度下开挖面空间效应的隧洞纵向变形表达式,并基于误差分析和工程实测数据验证其准确性。研究结论:(1)对于掌子面前方和后方,围岩质量指标值相同时,隧洞纵向变形曲线发展速率随支护刚度的减小明显降低;而支护刚度保持不变时,随围岩质量指标值的减小隧洞纵向变形曲线发展速率明显升高;(2)掌子面处归一化径向位移变形值是围岩质量和支护刚度的函数,且同样随围岩质量指标值的减小和支护刚度的增大而显著增大;(3)通过对拟合公式分析显示,两个因素中掌子面处归一化径向位移值对围岩质量指标值的变化更为敏感;(4)本文成果可用于隧道工程领域,通过构建不同围岩质量和支护条件下响应面,可为现场初期设计提供指导。 展开更多

关键词 纵向变形曲线 围岩质量 隧洞工程 支护刚度 多元回归模型

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黏弹性围岩纵向变形曲线及其释放系数演化规律

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作者 王嘉琛 孟令赞 +2 位作者 张顶立 卢松 文明 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第4期513-524,共12页

常规的弹性解无法对具有强蠕变特性的软岩隧道变形规律提出合理解释.因此,针对软岩隧道施工的时间-空间效应,引入Burgers模型揭示其时空演化规律,并通过数值计算探究不同因素对黏弹性围岩纵向变形规律的影响.同时基于响应面法得到位移... 常规的弹性解无法对具有强蠕变特性的软岩隧道变形规律提出合理解释.因此,针对软岩隧道施工的时间-空间效应,引入Burgers模型揭示其时空演化规律,并通过数值计算探究不同因素对黏弹性围岩纵向变形规律的影响.同时基于响应面法得到位移释放系数的经验公式,与现场监测和其他理论比较验证了本文方法的可行性.研究结果表明地应力对位移释放系数影响可忽略,Kelvin切变模量、Kelvin黏滞系数、Maxwell切变模量和开挖速度显著影响位移释放系数,而根据延滞时间的不同可分为低延滞系数、中延滞系数和高延滞系数3类;针对时间效应影响型、空间效应影响型和时空效应影响型3种黏弹性围岩纵向变形曲线类型拟合得到相应的经验公式.研究结论可为软岩隧道变形预测提供更简便的方法. 展开更多

关键词 黏弹性 纵向变形曲线 软岩隧道 时空效应 位移释放系数

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基于广义Hoek-Brown准则的隧道纵向变形曲线研究 被引量：28

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作者 吴顺川 耿晓杰 +3 位作者 高永涛 赵国军 李健 严琼 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期946-952,987,共8页

纵向变形曲线是隧道开挖面空间约束效应的直观反映,多数纵向变形曲线的研究并未考虑围岩质量和应力水平的影响。基于广义Hoek-Brown准则,采用有限差分法,提出了能够量化不同围岩质量及应力水平下开挖面空间效应差异的纵向变形曲线函数... 纵向变形曲线是隧道开挖面空间约束效应的直观反映,多数纵向变形曲线的研究并未考虑围岩质量和应力水平的影响。基于广义Hoek-Brown准则,采用有限差分法,提出了能够量化不同围岩质量及应力水平下开挖面空间效应差异的纵向变形曲线函数表达式,可以简便地得到不同地质条件下的隧道纵向变形曲线,通过误差分析及与已有研究成果对比,验证了该方法的合理性与普适性。研究结果表明:围岩基本质量指标值相同时,围岩纵向变形曲线随着埋深增加变得更加平缓,即围岩应力及位移的释放过程越缓慢,埋深相同时,随着围岩基本质量指标值的降低,围岩纵向变形曲线显示出同样的趋势,相对于开挖面前方,开挖面后方纵向变形曲线的这种特点更加明显;开挖面处纵向变形也是围岩质量与应力水平的函数,最大值不超过隧道径向变形最终值的30%。 展开更多

关键词 隧道工程 纵向变形曲线 广义Hoek-Brown屈服准则 围岩质量

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复杂开挖条件下大断面洞室围岩的变形及力学特性研究 被引量：5

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作者 唐军峰 徐国元 +1 位作者 唐雪梅 李学政 《地质力学学报》 CSCD 2009年第3期233-244,共12页

大型地下洞室的开挖施工往往面临复杂的地质环境以及复杂的施工程序，研究这种条件下围岩的应力和变形规律不仅有助于进一步认识岩体的力学性质，而且可以为大型地下工程的支护设计和施工提供重要的参考，因而具有一定的实际意义。地下... 大型地下洞室的开挖施工往往面临复杂的地质环境以及复杂的施工程序，研究这种条件下围岩的应力和变形规律不仅有助于进一步认识岩体的力学性质，而且可以为大型地下工程的支护设计和施工提供重要的参考，因而具有一定的实际意义。地下洞室的变形及稳定性问题主要集中于顶拱围岩，以向家坝水电站地下厂房为例，采用三维离散元程序3DEC，研究了在复杂的开挖条件下洞顶围岩的位移和应力变化规律，将计算位移与实际监测结果进行了对比，提出适当的支护时机是系统支护滞后于掌子面约5～8m。 展开更多

关键词 地下洞室 围岩变形 三维离散元程序 位移 应力 支护

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高应力区陡倾矿体开采引起岩移变形的数值模拟 被引量：2

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作者 张亚民 马凤山 +3 位作者 闫冬飞 郭捷 岳斌 周伟 《金属矿山》 CAS 北大核心 2012年第5期9-12,共4页

采用数值模拟的方法,就金川二矿区高构造应力下充填开采引起的地表变形规律、围岩位移场展开研究。结果表明:构造应力下充填开采引起的地表变形的形态和范围、变形中心位置和量值均在发生有规律性的变化,矿体上盘的地表变形量明显大于... 采用数值模拟的方法,就金川二矿区高构造应力下充填开采引起的地表变形规律、围岩位移场展开研究。结果表明:构造应力下充填开采引起的地表变形的形态和范围、变形中心位置和量值均在发生有规律性的变化,矿体上盘的地表变形量明显大于矿体下盘的地表变形量;围岩变形形式由初期的顶板下沉和底臌变成后期的两帮内挤;上盘围岩的位移量大于下盘围岩位移量。研究结果对于研究构造应力下的陡倾矿体开采引起的地表及围岩变形规律有指导意义。 展开更多

关键词 构造应力 充填法 陡倾矿体 岩体移动 围岩 位移场

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急倾斜层状岩体巷道顶板膨胀型浆体注浆支护效果研究 被引量：9

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作者 叶义成 刘一鸣 +1 位作者 姚囝 邓兴敏 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第3期57-64,共8页

为分析急倾斜层状岩体巷道顶板注浆后的支护效果,采用ABAQUS软件分别建立其顶板层理面普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆加固以及未注浆的数值分析模型,对比分析了不同注浆条件下巷道顶板的位移、应力与塑性应变的变化特征。开展了急倾斜... 为分析急倾斜层状岩体巷道顶板注浆后的支护效果,采用ABAQUS软件分别建立其顶板层理面普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆加固以及未注浆的数值分析模型,对比分析了不同注浆条件下巷道顶板的位移、应力与塑性应变的变化特征。开展了急倾斜层状岩体巷道顶板注浆相似模拟试验,在相似模型中设置了与数值模拟对应的位移与应力监测点,对比分析了普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆后的顶板位移及应力变化特征,并结合相似模拟试验现象分析了膨胀型浆体的注浆加固机理。研究表明:普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆条件下的顶板垂直位移较未注浆分别平均减少了19.7%和30.2%,膨胀型浆体注浆较普通型浆体注浆的垂直应力平均降低了18.4%。相似模拟试验中,巷道顶板位移及内部应力变化规律与数值模拟相吻合,膨胀型浆体注浆后的顶板承载能力和抵抗变形能力更强,加载后较普通型注浆下的顶板位移与应力更小。研究结果进一步表明,膨胀型浆体对于急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固具有良好的支护效果。 展开更多

关键词 急倾斜岩层 膨胀型浆体注浆 巷道围岩 应力分布 顶板位移

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已有围岩纵剖面LDP曲线对比及影响因素分析 被引量：2

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作者 刘立鹏 陈兴周 罗麟 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A01期58-63,共6页

收敛-约束法是隧道结构设计的实用方法之一,围岩纵剖面曲线(LDP)是该方法成功运用的关键.在收集整理现有LDP曲线公式基础上,对其优缺点进行了对比分析,同时利用数值软件研究了岩体强度及变形特性对LDP曲线的影响.结果表明:由于研究出发... 收敛-约束法是隧道结构设计的实用方法之一,围岩纵剖面曲线(LDP)是该方法成功运用的关键.在收集整理现有LDP曲线公式基础上,对其优缺点进行了对比分析,同时利用数值软件研究了岩体强度及变形特性对LDP曲线的影响.结果表明:由于研究出发点不同,对于同一工程基于已有LDP曲线公式采用相应数据输入后所得到曲线形态相差较大;粘聚力、摩擦角对曲线形态影响较大,弹性模量、剪胀角对于LDP曲线基本无影响;泊松比对弹性介质LDP形态基本无影响,但洞壁围岩塑形屈服区范围越大,泊松比影响越大.在实际工程中为获得LDP曲线,建议采用数值计算的方法并考虑粘聚力、摩擦角以及泊松比的离散影响.研究结果可为地下隧洞(道)采用收敛-约束法初期支护参数设计中LDP曲线的获得提供借鉴与参考. 展开更多

关键词 隧道工程 围岩纵剖面曲线 强度参数 变形参数

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基于广义粒子动力学的巷道围岩弹塑性分析 被引量：3

9

作者 赵毅 周小平 钱七虎 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1104-1116,共13页

提出了广义粒子动力学数值分析方法,该方法是一种无网格数值分析方法,可以考虑关联塑性流动法则和非关联塑性流动法则对岩石材料塑性变形的影响。将广义粒子动力学数值分析方法应用于巷道围岩的弹塑性分析,确定了巷道围岩的应力场、位... 提出了广义粒子动力学数值分析方法,该方法是一种无网格数值分析方法,可以考虑关联塑性流动法则和非关联塑性流动法则对岩石材料塑性变形的影响。将广义粒子动力学数值分析方法应用于巷道围岩的弹塑性分析,确定了巷道围岩的应力场、位移场和塑性区。该数值模拟结果与有限元结果吻合较好,表明将考虑岩石材料剪胀特性的弹塑性本构理论引入到广义粒子动力学数值分析方法,不失为模拟岩石类材料弹塑性破坏的一种有效数值手段,研究结果为更好地理解岩石材料的屈服破坏过程提供重要的参考。 展开更多

关键词 巷道围岩 剪胀角 弹塑性 广义粒子动力学 位移 塑性区

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蚀变岩体隧洞围岩变形响应模拟研究 被引量：4

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作者 贾超 廉明远 《人民黄河》 CAS 北大核心 2018年第6期133-135,共3页

蚀变岩体是影响隧洞围岩稳定和变形的重要因素,为分析蚀变岩体对围岩变形的影响,在有限元理论的基础上,选择最常见的城门洞形隧洞为研究对象,对围岩变形进行模拟,对比分析了正常微风化岩和3种蚀变岩隧洞洞室顶拱和侧壁的位移,结果表明:... 蚀变岩体是影响隧洞围岩稳定和变形的重要因素,为分析蚀变岩体对围岩变形的影响,在有限元理论的基础上,选择最常见的城门洞形隧洞为研究对象,对围岩变形进行模拟,对比分析了正常微风化岩和3种蚀变岩隧洞洞室顶拱和侧壁的位移,结果表明:蚀变程度不同,无论是顶拱还是侧壁围岩的位移不同,蚀变越严重围岩位移越大;岩体一旦蚀变后,一定范围内顶拱和侧壁围岩位移变化具有相同的趋势,蚀变越严重,位移量越大;隧洞不同部位对蚀变影响的敏感程度不同,顶拱位移比洞室上下游侧壁的大,是变形观测和围岩支护的关键部位。 展开更多

关键词 蚀变岩体 围岩稳定 位移 隧洞

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LDP曲线数值求解中波浪形发展问题的解决

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作者 李昌博 姚磊华 +1 位作者 刘立鹏 孙兴松 《水资源与水工程学报》 CSCD 2019年第1期203-207,共5页

围岩纵剖面变形曲线(LDP,longitudinal displacement profile)是采用收敛-约束法进行地下洞室围岩支护设计的基础,针对数值模拟求解LDP曲线时存在的曲线形态波浪形发展变化所带来的围岩收敛位移难以准确把握的问题,从开挖步长与剖分精... 围岩纵剖面变形曲线(LDP,longitudinal displacement profile)是采用收敛-约束法进行地下洞室围岩支护设计的基础,针对数值模拟求解LDP曲线时存在的曲线形态波浪形发展变化所带来的围岩收敛位移难以准确把握的问题,从开挖步长与剖分精度的角度对解决这一问题进行了研究,同时分析了岩体开挖模拟方法、岩体自重设置对于围岩收敛变形的影响。结果表明:开挖步长对于围岩纵向变形曲线形态具有较大影响,选择不合适时会存在明显波浪形变化问题,求解LDP曲线时开挖步选择需要与数值计算网格剖分精度紧密结合;岩体开挖的模拟方式对于LDP曲线形态无影响,但对于围岩真实收敛位移具有较大影响;岩体自重对LDP曲线形态及围岩最终位移基本无影响。在求解实际工程LDP曲线时建议采用与网格剖分长度相等的开挖步长,此时对于LDP曲线形态及收敛绝对量值均无影响。研究成果可为地下洞室支护设计中围岩纵剖面曲线的求解提供一定的借鉴和参考。 展开更多

关键词 隧道工程 开挖步长 数值模拟 波浪形发展 围岩纵向变形曲线

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