隧道作为隐蔽工程，所处的地质水文环境具有复杂性和不确定性，导致工程施工失稳事故频发，带来严重的经济损失与安全风险。本书针对地下工程施工复杂系统的反馈控制本质，将智能科学、信息科学、计算机技术的先进成果与传统隧道施工技术相结合，建立了隧道工程施工智能反馈分析及预警流程，研究内容包括隧道围岩动态分级、稳定性判据研究、围岩参数智能反分析、隧道施工进尺确定及锚固参数优化、隧道施工多元信息采集及时间序列预测模型等，形成了比较完善的分析体系和软硬件系统。研究成果在多个隧道工程成功应用，有力支撑了隧道安全施工，降低了成本。
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2002/03-2005/3， 东北大学，采矿系，博士，导师：冯夏庭
2000/03-2002/03，东北大学，采矿系，硕士，导师：孙豁然
1991/09-1995/09, 山东工业大学, 机电工程学院，学士2010/08-至今，大连海事大学，交通运输装备与海洋工程学院土木系，教授
2005/03-2010/08，大连海事大学,交通运输装备与海洋工程学院土木系,副教授
2008/07-2009/01, 美国北达科他大学，地质工程系，访问学者, 导师：曾正文
2007/06-2010/05，大连理工大学土木与水利工程学院博士后，导师：唐春安
2005/05-2007/04，辽宁工程技术大学力学与工程科学系博士后，导师：梁冰作为通讯作者、第一作者发表论文160多篇，其中SCI检索12篇、EI检索80多篇，其他核心期刊检索40篇。辽宁省滨海交通智能监测装备工程研究中心主任。辽宁省公路学会理事，辽宁省土木建筑学会理事，辽宁省力学学会理事，岩石力学学会寒区岩土力学与工程分会理事
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 背景和意义 1
1.2 地下工程反馈分析与预警技术研究现状 1
1.2.1 隧道施工期监测技术现状 2
1.2.2 隧道施工反馈优化研究现状 3
1.2.3 隧道围岩分级研究现状 6
1.2.4 隧道围岩位移时间序列及稳定性评价研究现状 7
1.2.5 隧道施工可视化管理系统研究现状 8
1.3 隧道施工分析存在的问题 9
1.4 本书的主要内容 10
第2章 基于机器学习和可靠度的隧道围岩动态分级 12
2.1 概述 12
2.2 基于超前地质预报的围岩动态分级 12
2.2.1 岩体分级简介 12
2.2.2 隧道围岩动态分级 14
2.2.3 基于超前地质预报的围岩动态分级指标 14
2.3 基于机器学习和可靠度的围岩动态分级方法 18
2.3.1 机器学习与最小二乘支持向量机 18
2.3.2 细菌觅食优化算法 19
2.3.3 基于BFOA-LSSVM的围岩动态分级模型 20
2.3.4 基于BFOA-LSSVM可靠度围岩分级方法 21
2.4 地质三维建模基本原理与方法 24
2.4.1 广义三棱柱构模法 24
2.4.2 三维地质体可视化实现 26
2.5 基于BFOA-LSSVM可靠度分级的工程应用 30
2.5.1 BFOA-LSSVM训练及围岩动态分级 30
2.5.2 Monte-Carlo抽样次数对分级精度的影响 33
2.5.3 围岩动态分级指标敏感性分析 34
第3章 隧道围岩稳定性判据研究 38
3.1 概述 38
3.2 隧道围岩整体稳定性判据 38
3.2.1 围岩洞周位移判据 38
3.2.2 围岩塑性区判据 39
3.2.3 围岩安全系数判据 39
3.3 围岩局部稳定性判据 40
3.4 围岩单元状态指标 43
3.4.1 单元状态指标的提出 43
3.4.2 单元状态指标在FLAC3D中的实现 48
3.4.3 ZSI在典型岩土工程问题中的验证与应用 50
3.5 基于H-B准则的ZSI 54
3.5.1 H-B准则 54
3.5.2 H-B准则与M-C准则的参数等效关系式 54
3.5.3 基于H-B准则的单元状态指标推导 56
3.5.4 验证分析 57
3.5.5 隧道工程应用 61
3.6 基于遍布节理模型的ZSI 65
3.6.1 节理岩体安全度研究情况 65
3.6.2 遍布节理模型 66
3.6.3 基于遍布节理模型的单元状态指标推导 67
3.6.4 计算验证 68
第4章 隧道围岩参数智能反分析 70
4.1 概述 70
4.2 隧道围岩弹塑性参数反分析 70
4.2.1 反分析原理 70
4.2.2 基于差异进化算法的围岩反分析方法 71
4.2.3 弹塑性参数反分析应用 76
4.3 隧道围岩节理参数反分析 89
4.3.1 岩体的遍布节理模型 89
4.3.2 围岩节理参数识别问题 89
4.3.3 基于DE-GP的围岩节理参数识别 90
4.3.4 围岩节理参数反分析应用 93
4.4 隧道围岩蠕变参数反分析 102
4.4.1 围岩蠕变参数反分析必要性 102
4.4.2 蠕变参数反演流程 102
4.4.3 蠕变参数反分析应用 104
第5章 隧道施工进尺确定及锚固参数优化 110
5.1 概述 110
5.2 隧道施工进尺的确定 110
5.2.1 收敛-约束法的原理 110
5.2.2 基于围岩特征曲线与纵向变形曲线的进尺确定方法 111
5.2.3 一般岩体隧道进尺确定 112
5.2.4 节理岩体隧道进尺确定 118
5.3 围岩锚杆加固机制 128
5.3.1 锚杆的定义 128
5.3.2 锚杆的锚固力 129
5.3.3 锚杆与围岩相互作用 130
5.3.4 锚固效果主要影响因素分析 130
5.4 隧道锚固参数优化方法 132
5.4.1 锚固参数与围岩变形指标的关系 133
5.4.2 锚固参数优化数学表述 134
5.4.3 锚固参数的粒子群优化算法 134
5.5 锚固参数优化方法的工程应用 136
5.5.1 大连地铁隧道工程应用 136
5.5.2 甄峰岭公路隧道工程应用 142
第6章 隧道施工多元信息采集及时间序列预测模型 147
6.1 概述 147
6.2 隧道施工采集的多元信息 147
6.2.1 隧道施工信息监测目的 147
6.2.2 围岩支护结构监控量测信息 148
6.2.3 隧道施工人员装备管理信息 149
6.3 隧道施工多元信息采集自动化 150
6.3.1 隧道信息自动化采集的优点 150
6.3.2 隧道施工远程监测系统框架 151
6.3.3 隧道围岩支护监测的硬件构建 152
6.3.4 人员装备信息采集硬件构建 158
6.4 隧道施工多元信息的传输机制 162
6.5 信息报警机制及时间序列预测模型 164
6.5.1 人员定位信息报警 164
6.5.2 隧道围岩位移监测信息预警 165
6.5.3 基于多变量DE-GP隧道变形时间序列预测算法 168
6.6 隧道施工多元信息自动采集系统平台构建 170
6.6.1 隧道人员定位考勤系统 170
6.6.2 隧道围岩支护监测采集系统 173
6.6.3 隧道信息采集系统云平台构建 176
6.7 隧道工程应用 183
6.7.1 工程简介 183
6.7.2 软、硬件系统搭建 183
6.7.3 多元信息采集管理 188
6.7.4 多变量时间序列预测结果 191
第7章 基于BIM的隧道施工反馈分析系统开发 195
7.1 概述 195
7.2 BTCFAS的隧道施工反馈分析方法 195
7.3 BTCFAS的隧道BIM建模及IFC扩展技术 197
7.3.1 隧道BIM建模流程 197
7.3.2 IFC隧道领域扩展方法 197
7.3.3 隧道模型组件库的建立 202
7.4 BTCFAS的隧道三维图形交互与数据管理 205
7.4.1 IFC数据三维图形交互 205
7.4.2 基于IFC的监测信息数据管理 208
7.5 BTCFAS的技术路线及程序实现 210
7.5.1 系统的总体规划与技术路线 210
7.5.2 开发平台选择 213
7.5.3 程序实现 213
7.6 BTCFAS的隧道工程应用 222
7.6.1 工程简介 222
7.6.2 IFC隧道信息集成模型创建 224
7.6.3 自动化监测硬件安装 227
7.6.4 基于BIM系统的监测数据反馈分析 228
7.6.5 围岩分级与工法推荐 231
7.6.6 基于BIM有限元计算及锚固参数优化 233
参考文献 237
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