隱伏溶洞與隧道間安全距離及其智能預(yù)測模型研究.pdf

1、當(dāng)隧道周圍有隱伏溶洞存在時，如何合理確定兩者間安全距離是個相當(dāng)棘手技術(shù)難題，它關(guān)系到隧道能否順利施工和安全運營，并且在一定程度上決定了隧道長度及埋深，兩者距離越小，隧道避繞溶洞的距離越小，隧道越短，工程造價就越低，但隧道失穩(wěn)的危險性也越大。本文針對隱伏溶洞與隧道間的安全距離及其智能預(yù)測模型開展系統(tǒng)研究，主要進行了以下幾方面的研究工作：
　?、磐ㄟ^收集西南地區(qū)巖溶隧道資料以及宜萬隧道的調(diào)研，分析了溶洞發(fā)育特征、溶洞尺寸和空間展布，總

2、結(jié)了隧道工程中常見的3種隱伏溶洞與隧道的位置關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，建立了大跨度隱伏溶洞—隧道分析模型和中小跨度隱伏溶洞—隧道分析模型。
　?、品治隽舜罂缍入[伏溶洞與隧道間巖層失穩(wěn)機理，采用彈性粱、板理論，分別對隱伏溶洞位于隧道頂部、隧道底部和側(cè)部時各個力學(xué)模型的受力狀態(tài)進行分析，推導(dǎo)了隱伏溶洞與隧道間安全距離計算公式，并用工程實例進行了驗證，為巖溶區(qū)隧道工程的穩(wěn)定性評價提供了理論依據(jù)。
　?、翘岢隽嘶谕蛔兝碚撾[伏溶洞與隧道間安

3、全距離研究方法，采用突變理論評價隱伏溶洞與隧道間巖層的穩(wěn)定性，通過研究隱伏溶洞與隧道間巖層系統(tǒng)的總勢能，建立巖層系統(tǒng)失穩(wěn)的突變模型，分別推導(dǎo)出了隧道頂部隱伏溶洞、底部隱伏溶洞和前方隱伏溶洞時巖層突變失穩(wěn)判據(jù)、失穩(wěn)力學(xué)條件和安全距離計算公式，為巖溶區(qū)隧道工程設(shè)計和施工提供了理論依據(jù)。
　?、忍接懥穗[伏溶洞影響下隧道施工過程的模擬方法，在研究分析現(xiàn)有圍巖穩(wěn)定性判據(jù)基礎(chǔ)上，提出了以隱伏溶洞與隧道間巖層能量突變和安全系數(shù)突變作為隱伏溶洞與

4、隧道間的安全距離判據(jù)。分別基于解析解、模型試驗和數(shù)值試驗分析了影響隱伏溶洞與隧道間安全距離因素，最后確定了隱伏溶洞與隧道間安全距離數(shù)值試驗的主要影響因素。
　　(5)建立了有限元數(shù)值試驗?zāi)Ｐ?，確定了影響隱伏溶洞與隧道間安全距離因素的取值范圍和水平劃分，采用均勻試驗設(shè)計法，設(shè)計出30水平的隱伏溶洞與隧道安全距離數(shù)值模擬計算試驗方案。
　　(6)提出了基于能量突變、二分法塑性區(qū)貫通和強度折減法安全系數(shù)突變的隱伏溶洞與隧道間安全距

5、離數(shù)值模擬計算方法，采用均勻試驗設(shè)計法設(shè)計出的實驗方案進行了模擬計算，并對這三種方法進行了分析比較，發(fā)現(xiàn)基于能量突變隱伏溶洞與隧道間安全距離數(shù)值模擬計算結(jié)果更合理，得到了隱伏溶洞與隧道間安全距離與眾影響因素的數(shù)據(jù)樣本。
　　(7)提出基于SVM隱伏溶洞與隧道間安全距離預(yù)測方法，在MATLAB中編制相應(yīng)的程序，用數(shù)值模擬計算所得數(shù)據(jù)作為SVM的樣本進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到基于SVM隱伏溶洞與隧道間安全距離智能預(yù)測模型，并將該模型用于巖溶隧