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原文传递顺层偏压软岩隧道稳定性研究

论文题名：	顺层偏压软岩隧道稳定性研究
关键词：	顺层偏压隧道;软岩大变形;结构稳定性;参数反演;机器学习
摘要：	为了切实推进“一带一路”工程建设，西南地区规划了很多铁路、高速公路等工程。在我国西南地区，山高谷深，地质复杂，岩体软弱且分层清晰，隧道开挖过程中多次遇到支护结构的偏压以及大变形，因此，针对顺层偏压软岩隧道大变形问题进行研究分析对顺层偏压软岩隧道的结构稳定性评价及安全施工具有重要意义。本文依托我国西南边陲某单线铁路软岩大变形隧道，以数值模拟为主要手段，结合机器学习的参数反演方法，对顺层偏压软岩隧道的软岩大变形机理以及控制措施进行分析，并在施工工法、支护措施方面做出优化，同时选择了合适的支护时机，对类似工程的施工具有借鉴意义。本文的主要工作以及结论如下：　　（1）对研究隧道的地质条件和结构设计等情况进行了总结概括。通过对岩层产状、围岩强度等地质条件分析以及与以往工程实例的对比，初步论证了该隧道出现顺层偏压以及大变形的原因。其次运用现场实测以及强度折减的方式，获得了研究隧道力学计算所需要的各项参数，为随后的研究内容提供了初步的等效岩体参数。最后对研究隧道典型断面的实时监测位移做了简要的分析。　　（2）对层状岩体中深埋洞室开挖的稳定性的影响因素进行研究。运用结构面强度理论和弹塑性力学理论分析了节理岩体中隧道变形破坏特征，并在此基础上对适用于模拟层状岩体的数值本构模型进行了与理论的对比验证，随后以该模型为基础，分析了岩体中各项参数对隧道剪裂区分布以及最终变形的影响。　　（3）建立了基于随机森林的岩土力学参数反演模型。考虑到工程现场的等效岩体参数获取较为困难，以基于随机森林的机器学习算法为基础，结合数值模拟软件建立了岩土参数反演模型，并验证了该模型的准确性。在运用数值模拟软件建立数据库的同时，对模型中的各项参数进行了敏感性分析。最后将反演所得参数正演计算，进一步验证了智能岩土参数反演模型的可行性，为工程当中等效岩体参数的获取提供了借鉴。　　（4）对顺层偏压软岩隧道大变形控制措施进行研究。运用三维数值模型，在开挖工法、支护时机等方面进行比选，提出了隧道开挖工法和支护方式的优化措施，并对该措施进行了验证分析，以对施工整体规划进行科学合理的指导。
作者：	张浩东
专业：	水利工程
导师：	吴帮标;于长一
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2022