Évaluation aléatoire floue du modèle de fluage d'un sol mou gelé dans la construction d'un tunnel de métro à l'aide d'une technique de congélation artificielle du sol

Aug 12, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9468 (2023) Citer cet article

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La maîtrise des caractéristiques de fluage du sol gelé artificiellement et l'évaluation scientifique du modèle de fluage constituent une garantie importante pour la sécurité de la construction du gel des tunnels de métro. Sur la base de la construction du tunnel du métro de Nantong, des essais de résistance à la compression uniaxiale du sol mou artificiellement gelé ont été effectués pour obtenir la loi d'influence de la température sur la résistance à la compression uniaxiale, et des essais de fluage uniaxial ont été effectués pour obtenir la loi d'influence de température et degré de contrainte au fluage, à − 5, − 10 et − 15 °C. Les résultats expérimentaux montrent que les caractéristiques de fluage des échantillons de sols mous gelés présentent un caractère aléatoire flou évident. L'algorithme traditionnel des colonies de fourmis est amélioré en optimisant le coefficient de fuzzification des phéromones, ce qui améliore l'efficacité de la recherche et évite efficacement l'optimum local. Par la suite, l’algorithme amélioré des colonies de fourmis floues est utilisé pour inverser les paramètres de flexibilité des modèles de fluage du pergélisol couramment utilisés. Le poids flou de l'indice d'évaluation et la matrice d'évaluation aléatoire floue ont été déterminés pour évaluer le modèle de fluage optimal sous trois niveaux de contrainte différents de sol mou gelé. Enfin, la fiabilité de la méthode d’évaluation aléatoire floue a été vérifiée par des données techniques mesurées.

Le taux d'urbanisation de la Chine n'a cessé d'augmenter ces dernières années. La migration de la population vers les villes a provoqué une augmentation rapide de la population urbaine, entraînant une pression de circulation plus élevée. Le développement du transport ferroviaire urbain s’est donc avéré un moyen efficace d’améliorer les déplacements urbains. Au cours des 20 dernières années, le transport ferroviaire urbain chinois est devenu l'un des plus longs au monde. La construction de transports ferroviaires est devenue la première priorité du développement des transports nationaux, en particulier dans les villes côtières ouvertes au développement économique rapide. Cependant, les matériaux du sol dans les zones côtières sont meubles et présentent des caractéristiques qui varient dans le temps en raison de l'influence des conditions géologiques marines côtières1,2. Lors des fouilles souterraines, le sol autour du tunnel est généralement renforcé à l’aide de la méthode de congélation artificielle pendant la construction afin d’isoler efficacement les eaux souterraines et de servir de support temporaire3.

Le sol gelé par congélation artificielle est un matériau de construction poreux très complexe comprenant, entre autres, de l'eau non gelée, de la glace, des particules minérales et de la glace cimentée. Ces composants anisotropes interagissent les uns avec les autres. Influencé par des champs de température inégaux et la migration de l'humidité, le fluage du sol gelé dans l'ingénierie souterraine montre un caractère apparemment aléatoire et flou. Par conséquent, il est nécessaire de comprendre les caractéristiques de fluage du sol artificiellement gelé, un matériau de construction unique, pour la sécurité de la construction du tunnel de métro par méthode de congélation4,5. De plus, en fonction des caractéristiques géologiques des sols côtiers meubles, la différenciation et l'évaluation scientifique de divers modèles de fluage pour représenter le processus de fluage sont importantes pour l'analyse de la stabilité des parois gelées des tunnels. De plus, il s’agit d’un sujet de la mécanique des sols gelés qui a retenu l’attention des chercheurs6,7.

Des chercheurs du monde entier ont mené des études sur le modèle de fluage du sol gelé. Grâce à des enquêtes sur le terrain et à des analyses de microstructure, Cong et al.8 ont discuté de manière préliminaire du mécanisme de rupture par fluage de la pente d'un sol expansif après un cycle de gel-dégel (F – T) et ont établi le modèle de fluage du sol expansif utilisé pour prédire l'ampleur du fluage de chaque étape. He et al.9 ont effectué un essai de fluage sous charge graduée à long terme sur des échantillons de roche salée. La méthode améliorée contrainte-déformation isochrone et la méthode du taux de fluage en régime permanent ont été utilisées pour déterminer la résistance à long terme de la roche salée, décrivant avec précision le comportement au fluage de la roche salée. Zhou et al.10 ont effectué des tests de fluage au microscope électronique à balayage et de chargement progressif sur la roche molle profonde avec différents grossissements et ont établi un modèle de fluage non linéaire à trois éléments. Les tests ont montré que le modèle de fluage était cohérent avec les données des tests de fluage. Zhu et al.11 ont effectué l'essai de fluage au déchargement, analysé l'évolution des déformations avec le temps sous différentes pressions de confinement et établi un modèle Merchant lié aux contraintes pour décrire le fluage au déchargement de l'argile molle. Guo et al.12 ont modifié le modèle de fluage Singh-Mitchell par fonction logarithmique basé sur l'essai de compression de deux types de gangue de charbon. L'analyse montre que ce modèle peut décrire les caractéristiques de fluage de la gangue de charbon. Liu et al.13 ont utilisé des éléments différentiels fractionnaires plutôt que l'élément visqueux dans le modèle traditionnel de Xiyuan pour obtenir les paramètres de fluage non linéaires et le modèle de roche. Les expériences montrent que le nouveau modèle peut décrire de manière exhaustive les caractéristiques de fluage accéléré non linéaire de la roche. Yao et al.14 ont inversé les paramètres du modèle de fluage au moyen d'essais de compression et de cisaillement triaxial pour décrire le processus de fluage du primaire au troisième étage.