Нечеткая случайная оценка модели ползучести мерзлого мягкого грунта при строительстве тоннелей метро с использованием метода искусственного замораживания грунта

Aug 12, 2023

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9468 (2023) Цитировать эту статью

323 доступа

Подробности о метриках

Освоение характеристик ползучести искусственного мерзлого грунта и научная оценка модели ползучести является важной гарантией безопасности строительства замораживаемых туннелей метрополитена. На базе строительства тоннеля метро Наньтун были проведены испытания на прочность на одноосное сжатие искусственно замерзшего мягкого грунта с целью получения закона влияния температуры на прочность на одноосное сжатие, а также испытания на одноосную ползучесть с целью получения закона влияния температура и степень напряжения при ползучести при - 5, - 10 и - 15 °С. Результаты экспериментов показывают, что характеристики ползучести мерзлых образцов мягкого грунта имеют явную нечеткую случайность. Традиционный алгоритм колонии муравьев улучшен за счет оптимизации коэффициента фаззификации феромонов, что повышает эффективность поиска и эффективно позволяет избежать локального оптимума. Впоследствии улучшенный алгоритм нечеткой колонии муравьев используется для инвертирования параметров гибкости широко используемых моделей ползучести вечной мерзлоты. Нечеткий вес индекса оценки и нечеткая случайная матрица оценки были определены для оценки оптимальной модели ползучести при трех различных уровнях напряжения мерзлого мягкого грунта. Наконец, надежность метода нечеткой случайной оценки была подтверждена данными инженерных измерений.

В последние годы уровень урбанизации в Китае постоянно растет. Миграция населения в города вызвала быстрый рост городского населения, что привело к увеличению дорожной нагрузки. Таким образом, развитие городского железнодорожного транспорта стало эффективным средством улучшения городского транспорта. За последние 20 лет городской железнодорожный транзит Китая стал одним из самых длинных в мире. Строительство железнодорожного транспорта стало главным приоритетом развития национального транспорта, особенно в прибрежных открытых городах с быстрым экономическим развитием. Однако почвенный материал в прибрежных районах мягкий и имеет изменяющиеся во времени характеристики из-за влияния прибрежных морских геологических условий1,2. При строительстве метрополитена грунт вокруг туннеля обычно армируется методом искусственного замораживания во время строительства, чтобы эффективно изолировать грунтовые воды и служить временной опорой3.

Почва, замороженная искусственным замораживанием, представляет собой очень сложный пористый строительный материал, включающий, среди прочего, незамерзшую воду, лед, минеральные частицы и сцементированный лед. Эти анизотропные компоненты взаимодействуют друг с другом. Под влиянием неравномерности температурных полей и миграции влаги ползучесть мерзлого грунта в подземных сооружениях демонстрирует кажущуюся хаотичность и нечеткость. Поэтому для обеспечения безопасности строительства тоннелей метро методом замораживания необходимо понимать характеристики ползучести искусственно мерзлого грунта, уникального строительного материала4,5. Более того, в соответствии с геологическими характеристиками мягкого прибрежного грунта научная дифференциация и оценка различных моделей ползучести для представления процесса ползучести имеет важное значение для анализа устойчивости замерзших стен туннелей. Кроме того, эта тема механики мерзлых грунтов привлекла значительное внимание исследователей6,7.

Исследователи со всего мира провели исследования модели ползучести мерзлого грунта. Посредством полевых исследований и анализа микроструктуры Конг и др. 8 предварительно обсудили механизм разрушения экспансивного грунтового склона после цикла замораживания-оттаивания (F-T) и установили модель ползучести экспансивного грунта, используемую для прогнозирования степени ползучести на каждой стадии. Он и др.9 провели долгосрочное испытание на ползучесть при постепенной нагрузке на образцах соляных пород. Усовершенствованный метод изохронного напряжения-деформации и метод установившейся скорости ползучести были использованы для определения долгосрочной прочности соляной породы, точно описывая поведение соляной породы при ползучести. Чжоу и др.10 провели сканирующий электронный микроскоп и тесты на ползучесть при постепенной нагрузке на глубоких мягких породах с различным увеличением и создали трехэлементную нелинейную модель ползучести. Испытания показали, что модель ползучести соответствует данным испытаний на ползучесть. Чжу и др.11 провели испытание на ползучесть при разгрузке, проанализировали развитие деформации с течением времени при различных давлениях и разработали модель Мерчанта, связанную со стрессом, для описания ползучести мягкой глины при разгрузке. Гуо и др.12 модифицировали модель ползучести Сингха-Митчелла с помощью логарифмической функции, основанной на испытании на сжатие двух видов пустой породы угля. Анализ показывает, что эта модель может описать характеристики ползучести пустой породы угля. Лю и др.13 использовали дробные дифференциальные элементы, а не вязкий элемент в традиционной модели Сиюань, чтобы получить параметры нелинейной ползучести и модель горной породы. Эксперименты показывают, что новая модель может всесторонне описывать нелинейные характеристики ускоренной ползучести горных пород. Яо и др.14 инвертировали параметры модели ползучести посредством испытаний на сжатие и трехосный сдвиг, чтобы описать процесс ползучести от первичной до третьей стадии.