人工地盤凍結技術を用いた地下鉄トンネル工事における軟弱地盤凍土のクリープモデルのファジィランダム評価

Aug 12, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9468 (2023) この記事を引用

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人工凍土のクリープ特性を把握し、クリープモデルを科学的に評価することは、地下鉄トンネル凍結工事の安全性を保証する重要な要素となります。 南通地下鉄トンネルの建設に基づいて,一軸圧縮強さに対する温度の影響法則を得るために人工的に凍結した軟弱地盤の一軸圧縮強度試験を実施し,一軸圧縮強さに対する温度の影響法則を得るために一軸クリープ試験を実施した。 − 5、− 10、− 15 °C におけるクリープの温度と応力グレード。 実験結果は,凍った軟弱土試験片のクリープ特性が明らかなファジーランダム性を持っていることを示した。 従来のアリのコロニー アルゴリズムは、フェロモンのファジィ化係数を最適化することで改善され、検索効率が向上し、局所最適を効果的に回避します。 その後、改良されたファジー アリ コロニー アルゴリズムを使用して、一般的に使用される永久凍土クリープ モデルの柔軟性パラメーターを反転します。 評価指標のファジィ重みとファジィランダム評価行列を決定して,凍った軟弱土の3つの異なる応力レベルの下で最適なクリープモデルを評価した。 最後に、ファジィランダム評価法の信頼性を、測定データを工学的に操作することによって検証した。

中国の都市化率は近年増加し続けている。 都市への人口移動により都市人口が急速に増加し、その結果交通圧力が高まっています。 したがって、都市鉄道交通の開発は、都市移動を改善する効果的な手段となっています。 過去 20 年間で、中国の都市鉄道交通は世界最長の交通機関の 1 つになりました。 鉄道交通の建設は、特に急速な経済発展を遂げた沿岸の開放都市において、国家交通機関の開発の最優先事項となっている。 しかし、沿岸地域の土質は柔らかく、沿岸海洋地質条件の影響により時間とともに変化する特性を持っています1,2。 地下鉄の掘削では、通常、建設中に地下水を効果的に隔離し、一時的な支持体として機能させるために、トンネル周囲の土壌を人工凍結法を使用して強化します3。

人工凍結によって凍った土壌は、特に不凍水、氷、鉱物粒子、固結した氷などから構成される非常に複雑な多孔質の建築材料です。 これらの異方性コンポーネントは相互作用します。 不均一な温度場と水分の移動の影響により、地下工学における凍土のクリープは明らかなランダム性と曖昧さを示します。 したがって、凍結工法による地下鉄トンネル工事の安全性を確保するには、特殊な建築材料である人工凍土のクリープ特性を理解する必要がある4,5。 さらに、軟弱な海岸土の地質特性に応じて、クリープ過程を表現するさまざまなクリープモデルを科学的に区別して評価することは、トンネル凍結壁の安定性解析にとって重要です。 さらに、これは凍土力学の分野でもあり、研究で大きな注目を集めています6,7。

世界中の研究者が凍土のクリープモデルに関する研究を行ってきました。 Cong ら 8 は、現地調査と微細構造解析を通じて、凍結融解 (F-T) サイクル後の膨張土斜面のクリープ破壊メカニズムを予備的に議論し、各段階のクリープ量を予測するために使用される膨張土のクリープ モデルを確立しました。 He et al.9 は、塩岩サンプルに対して長期段階的荷重クリープ試験を実施しました。 改良された等時性応力-ひずみ法と定常状態のクリープ速度法を使用して、塩岩の長期強度を決定し、塩岩のクリープ挙動を正確に記述しました。 Zhouら10は、深部の軟岩に対して走査型電子顕微鏡と段階的載荷クリープ試験を異なる倍率で実施し、3要素の非線形クリープモデルを確立した。 テストにより、クリープ モデルがクリープ テスト データと一致することが示されました。 Zhu et al.11 は除荷クリープ試験を実施し、さまざまな拘束圧力下でのひずみの経時的発達を分析し、軟質粘土の除荷クリープを説明するための応力関連マーチャント モデルを確立しました。 Guo et al.12 は、2 種類の石炭脈石の圧縮試験に基づいて、対数関数によって Singh-Mitchell クリープ モデルを修正しました。 解析により、このモデルが石炭脈石のクリープ特性を記述できることが示されました。 Liu et al.13 は、岩石の非線形クリープ パラメータとモデルを取得するために、従来の Xiyuan モデルの粘性要素ではなく分数微分要素を使用しました。 実験により、新しいモデルが岩石の非線形加速クリープ特性を包括的に記述できることが示されました。 Yao et al.14 は、圧縮および三軸せん断試験を通じてクリープ モデルのパラメータを逆にして、一次段階から第三段階までのクリープ プロセスを記述しました。