隧道施工引起土体变形计算参数研究

隧道施工引起土体变形的扩散传播计算模型认为,模型参数B反映土体变形的扩散程度,但是由于隧道中心线上的沉降分布数据不易测得,其拟合反分析方法不适用于大多数案例。为了进一步研究模型参数B的取值以及与土体性质的关系,在土体变形扩散传播计算式的基础上,推导了假设隧道上覆土体不发生体积变化的扩散系数B的简化计算公式,利用案例实测数据反分析得到参数B的取值,总结了参数B与土体性质的关系,得到了参数B在不同类型土体中的取值范围及其与土体压缩模量之间的近似关系。     

基于改进BP神经网络之井筒结构优化研究

在立井施工过程中,选择合适的井筒断面及尺寸对立井快速高质量的施工有重要影响。现通过数值模拟软件FLAC3D计算出井筒不同断面及尺寸的塑性区总体积、最大应力、最大位移值三个力学参数,运用改进BP神经网络建立起井筒断面及尺寸与FLAC3D计算出的力学参数之间复杂的非线性关系。最后将实际施工中能满足设计需要的力学参数输入训练好的BP神经网络,即可得到反演出的井筒断面及尺寸,为井筒结构设计作参考。     

基于三维数值模拟反分析的临危边坡锚固研究

依据实际工程边坡案例,研究利用施工监测资料联合有限元强度折减法三维数值模拟确定临危边坡锚固方案的方法。研究表明,三维数值模拟对于非规则断面坡体的变形分析更具有针对性,可以考虑坡体断面形态变化对坡体变形的影响,计算结果与实际变形状态吻合度高,依据监测数据通过三维数值模拟反分析可以得到符合现场条件的边坡状态参数和计算模型,据此确定的边坡锚固参数更具有科学性。     

LS-SVM变形预测在雪峰山1号隧道的运用

以沪昆高铁雪峰山1号隧道出口段为例,借助最小二乘支持向量机的反分析技术,探索该方法在大断面隧道位移反分析预测中的应用。首先雪峰山隧道的勘察设计相关资料和相关规范,通过正交设计方法获得多组参数组合,用来做数值模型的参数输入。再通过有限差分方法进行数值分析获得各组参数对应的位移信息,从中提取支持向量机的训练样本和测试样本,获得支持本隧道的向量机模型。最后以实际的拱顶监测位移值带入模型获得反演计算的围岩相关参数,并且通过数值模拟进行验证,取得了很好的效果,获得了与实际近似的数值模型,进而通过最小二乘支持向量机进行隧道拱顶变形预测分析,指导施工。     

基于变形预测和参数反演的山岭隧道围岩稳定性分析

隧道围岩变形与岩体力学参数之间存在复杂的非线性关系，是围岩状态改变最直观的表现，也是围岩稳定性综合判别的重要指标。提出一种基于变形时序预测和力学参数反演的山岭隧道围岩稳定性分析方法。首先引入Tent混沌扰动和自适应警戒调整机制，构建基于自适应混沌麻雀搜索算法优化极限学习机（ACSSA-ELM）的变形时序预测模型和力学参数反演模型，进一步采用三次样条插值和变分模态分解（VMD）对已开挖断面围岩实测变形预处理，利用变形时序预测模型采取窗口滚动单步预测的方式对已开挖断面围岩最终变形值进行预测，并用于力学参数反演模型中获取开挖段围岩的“修正”力学参数，基于数值模型正算结果和开挖段已测变形值预测开挖段围岩变形和变形速率，进而分析其稳定性。依托重庆市花阳隧道进行了方法的验证与应用，并对隧道ZK40+820断面围岩的稳定性进行了合理可靠的预测分析。最后对方法的使用条件和反演参数的准确性进行了讨论。     

三峡工程船闸边坡的反馈分析

建立了岩石高边坡力学参数的联合位移反分析模型,该模型可以预测复杂区域材料的弹粘塑性力学参数,且可考虑施工爆破及卸荷的影响。依据反分析得出的力学参数,对三峡工程船闸边坡进行施工过程追踪预报分析,结果表明：边坡整体是稳定的,但存在局部失稳的可能性;边坡直立墙的最大变位可控制在50mm以内,风化层的最大变位可控制在80mm以内;开挖完成后最大为2．63mm的时效位移增长,发生于中隔墩直立墙的顶部,该变形在7－8个月内完成。     

地下工程岩体参数场反演分析应用研究

 在施工过程中,由于开挖方式、爆破以及支护施作滞后等因素的影响,洞周岩体会有不同程度的“劣化”。一般而言,受开挖施工影响,离洞室表面越近的岩体劣化程度越严重;支护施作滞后时间越长岩体劣化程度越严重。因此,提出参数场的概念,将洞周围岩物理力学参数看作受初始地质状态、施工影响而随空间变化的非稳定参数场。采用三维弹塑性损伤有限元及位移反演分析方法,经敏感度分析确定恰当的待反演岩体参数,使用局部断面模型快速反演计算方法获得各监测断面区域岩体参数场,再通过插值方法得到三维整体模型参数场,适当修正后即可用于洞室后期开挖围岩变形及稳定预测。结合瀑布沟水电站地下厂房工程,建立有限元模型,代入监测数据,反演获得洞周围岩参数场,并将计算结果用于预报后续洞室开挖的围岩变形趋势,结果显示岩体计算预测反演参数与实际监测值符合较好。     

位移反分析法在梅山铁矿巷道工程的应用

以梅山地下-420 m铁矿巷道工程施工监测项目为依托,进行岩体力学参数的弹塑性反分析,由实测的位移反分析计算得到围岩的力学参数,并采用ANSYS有限元软件计算开挖面前方的变形值。研究表明,采用的反分析计算方法是行之有效的,为同类工程施工积累了宝贵经验。     

隧道各向异性软岩力学参数反演及蠕变研究

在高地应力条件下具有层理构造的横观各向同性软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的流变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。采用数值模型模拟木寨岭隧道大战沟斜井试验洞的开挖蠕变过程,建立并验证了隧道宏观变形特征值与围岩力学计算参数之间的BP神经网络。在此基础上根据6+90试验洞现场变形监测数据,反演得到了该处炭质板岩的塑性及蠕变力学参数。应用另两处监测断面的现场监测曲线验证了基于BP神经网络的反演方法及所得炭质板岩力学参数的可靠性。另外分析了横观各向同性炭质板岩的开挖蠕变力学变形性质,对高地应力条件下横观各向同性软弱围岩中隧洞开挖及支护结构的设计、施工具有重要的指导意义。     

一种索道桥主索架设参数计算方法

为了提高索道桥架设参数的计算精度,基于分阶段施工桥梁无应力状态控制法原理,采用统筹考虑锚跨和主跨缆索架设过程中索段相互转换的变形协调条件的材料力学分析法,提出了基于结构有限元分析理论的主索架设参数新算法。分析及算例计算结果表明:索道桥施工过程中钢索无应力索长在主跨和锚跨之间呈现此消彼长的转换现象;近似解析法的计算结果中钢索几何参数的误差较大,而索力参数的误差较小;既有有限元算法存在用局部结构行为代替整体结构行为的逻辑缺陷,由此计算得到的空缆状态架设参数是失真的。提出的算法的计算模型更符合索道桥的实际力学行为,计算得到的钢索无应力索长结果很好地满足了构件变形协调条件的要求,计算结果可靠,算法效率更高。     

隧道围岩力学特性的敏感性分析

在深埋软岩引水隧洞工程中,为掌握隧洞施工期围岩变形特征,开展对隧洞支护时机的研究,需要确定准确的岩石力学参数以反映真实的围岩力学特性。文章依托实际隧道工程,借助有限差分软件FLAC3D建立反映隧洞开挖支护工序以及蠕变过程的三维数值仿真计算模型,采用极差法研究隧洞围岩基本力学参数对围岩变形的影响,并确定待反演参数;基于正交试验设计构建25组待反演参数组合,代入到数值模型中进行计算,得到监测断面各测点位移值。研究结果表明,隧洞围岩参数敏感性大小排序为：弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。在隧洞施工过程中,掌子面附近围岩变形受开挖扰动影响明显,随着时间的延后,位移不断增大但位移速率逐渐减小至一稳定值。     

岩体力学参数与变形特征的智能识别研究

 博士学位论文摘要　“参数给不准”目前已成为岩石力学研究的“瓶颈”问题。本文应用智能科学研究方法, 将神经网络、遗传算法等应用于岩石工程问题, 对位移反演分析和岩体变形的演化特征识别进行了研究, 主要内容如下:(1) 提出了岩体力学参数反演分析的进化神经网络方法, 它将遗传算法和神经网络有机地结合起来, 既利用了遗传算法的全局寻优特性, 又利用了神经网络的非线性映射能力, 为岩体工程中多参数同时反演分析提供了一种新方法。(2) 提出了岩体的非线性变形演化特征识别的进化神经网络方法, 针对具体实例讨论了进化神经网络方法的控制参数对系统性能的影响和参数的合理取值区间。(3) 提出了岩体力学参数可辨识性的敏感度分析方法, 并对长江三峡水利枢纽工程永久船闸17217 断面的岩体力学参数和初始地应力场参数的可辨识性进行了敏感度分析, 确定了可由进化神经网络方法反演确定的参数, 并对测点的布置进行了讨论。(4) 应用进化神经网络反演方法对长江三峡水利枢纽工程永久船闸边坡17217 断面岩体力学参数和初始地应力场参数进行了反演分析, 并作了基于反演结果的FLAC 正向计算, 讨论了边坡岩体的变形行为, 为边坡稳定性评价提供了依据。(5) 应用非线性变形演化特征识别的进化神经网络方法对长江三峡水利枢纽工程永久船闸17217 断面外观监测点的位移时间序列进行了建模和预报, 给出了岩体的非线性变形演化特征识别的最佳网络模型, 并作了基于网络模型的外推预测。(6) 通过应用遗传算法对边坡破坏模型中待定参数的搜索, 讨论了岩石力学经验建模的唯一性问题, 提出了如何避免出现不唯一性的方法。     

糯扎渡水电站#2导流洞三维非线性有限元反分析

糯扎渡水电站#2导流隧洞开挖经过F3断层,开挖过程中,F3断层影响带附近的岩体力学参数直接控制着围岩的变形和应力分布。为了评判后续Ⅱ、Ⅲ层开挖围岩的稳定性,需要反演出F3断层附近围岩的岩体力学参数和初始地应力场。对于隧洞开挖反分析问题,考虑到现场位移监测数据与隧洞开挖之间的相互关系,采用开挖位移增量形式进行反分析,并且分析了三维非线性有限元以开挖位移增量的均方误差作为目标函数的反分析计算过程。为了减少现场的位移量测数据对反分析结果的影响,改善其规律性,采用多元线性回归模型对位移监测数据进行整理,有效的提高了反分析计算结果的精度。最后,利用上述方法反演得到了#2导流隧洞F3断层附近岩层的岩体力学参数和初始地应力场。     

基于正交-数值试验的复杂围岩参数敏感性分析

将数理统计的正交设计和大规模三维数值模拟相结合,提出了复杂围岩参数的正交一数值试验的参数敏感性分析方法,并用该方法对某隧道复杂围岩力学参数进行了分析。结果证明该方法是复杂围岩参数选取的高效方法,给出了所研究围岩参数对于变形的敏感性排序,对于该工程的变形反分析和施工控制具有较好的指导意义。     

隧道施工围岩的反分析优化计算

采用FLAC程序和黄金分割轮换变量法进行反分析优化计算,一方面发挥了FLAC程序适应性广的特点;另一方面,采用坐标黄金分割法对反分析计算过程进行优化,显著提高反分析的效率.针对宜巴高速公路平邑口隧道施工,由监控量测位移数据进行了岩体力学参数的弹塑性反分析,由实测的位移反分析计算得到围岩力学参数,如弹性模量E和粘聚力c....     

数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟研究

为考虑实际施工质量对堆石坝结构性态的影响,提出了数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟分析方法。首先,基于数字化施工技术估计得到了大坝任意位置处的坝料压实质量。其次,通过室内试验,建立了坝料压实质量与力学模型参数的回归关系模型,从而实现大坝任意位置处模型参数的空间估计。在此基础上,通过程序开发,实现了任意单元计算模型参数的精细赋值。最后,采用精细有限元模型实现了高心墙堆石坝应力变形的数值模拟,并采用精细扩展有限元模型实现了心墙蓄水期可能水力劈裂的预测模拟。计算结果显示该方法可以更好地反映大坝施工过程的变形情况,提高了计算的准确性。该方法充分考虑了大坝实际施工质量下坝料力学参数在空间上的差异性,克服了传统方法采用同分区相同坝料力学参数而导致的计算精度不足的弊端。     

大型地下洞室围岩体蠕变参数位移反分析研究

工程岩体蠕变参数的反演是大型地下工程围岩体稳定性分析中的一项重要研究内容.以锦屏二级水电站地下厂房为研究背景,根据现场施工得到的动态监测资料,通过建立能反映实际施工开挖顺序的计算力学模型,采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元位移反分析计算程序,对地下厂房围岩体蠕变参数进行反演研究.结果表明:反演位移值与现场实测值非常接近,绝大部分反演结果与实测值误差均在8%以内,反演结果较为理想;并得到了围岩体开挖蠕变后的合理应力变形特征.研究成果为地下洞室群的长期稳定性和可靠性研究提供理论依据.     

浅埋隧道围岩压力计算方法

提出一种基于位移反分析法原理的浅埋隧道围岩压力计算方法,该方法克服了传统计算方法依赖于经验围岩力学参数的不足。通过分析双侧壁导坑法中隧道的截面结构,提出合理假设并建立力学模型,然后建立新的侧壁、围岩的收敛变形与围岩压力之间的关系,由现场监测数据整理得到收敛变形反算求得水平围岩压力与垂直围岩压力,并以祥岭隧道为例,对该方法进行验证。研究结果表明:(1)基于位移反分析原理推导的围岩压力计算方法,利用现场监测数据反算求得围岩压力相较于规范依赖经验参数的计算方法,更准确、更能代表隧道的实际围岩压力;(2)在实际工程施工中,相较于围岩力学参数,隧道的收敛变形数据更易获得,计算更方便;(3)对祥岭隧道进行实例计算求得的围岩计算摩擦角以及最后求得的围岩压力都在规范推荐范围之内,说明本文的计算方法是可行的。该计算方法在隧道工程实践中,对于准确计算隧道开挖过程中的围岩压力以保证施工的安全、顺利完成有重要意义。     

均匀设计原理在地下工程位移反分析中的应用

以小湾水电站为背景，在试验、监测、前期分析结果的基础上，建立地质与施工的概化模型。以围岩基本力学参数和初始应力场为基本变量，按均匀设计方法进行计算方案的组合，采用考虑开挖卸荷效应的三维弹塑性有限元方法完成了地下硐室群开挖模拟，并应用多元线性回归模型进行了围岩基本力学参数和初始应力场的反演分析。应用反演计算所得围岩基本力学参数和初始应力场计算各监测点的开挖扰动位移增量，相应的计算值与实测值较为吻合，表明反演得到的力学参数和地应力场基本合理，均匀设计原理在地下工程位移反分析中具有较高的实用价值。     

公路岩堆路基沉降变形规律与施工控制深度研究

以水麻高速公路工程为依托,根据室内试验获得的岩堆体物理力学参数制作不同典型断面形式的离心模型,模拟岩堆路基在自重力及汽车荷载作用下的沉降变形,研究了不同组成、不同高度的典型岩堆体的沉降变形规律。采用有限元法进行模拟,从理论上分析不同类型典型断面形式下的沉降变形及应力应变分布特征。针对天然岩堆不能满足路基要求的情况下,对不同处治方案进行有限元模拟与离心模型试验,分析得出最佳处理方案。在模型试验和数值分析成果的基础上,通过对岩堆路基变形及稳定性的控制方法的研究,以石灰土换填为例,分析了换填时的施工控制深度,提出了岩堆路基开挖换填深度的控制指标。