岩体粘弹性、粘塑性本构模型辨识及工程应用

 博士学位论文摘要　借鉴系统辨识的理论和方法, 基于实际施工中量测获得的岩体变形信息, 对岩石力学中更深一层次的逆向题——岩体粘弹塑性本构模型的辨识问题进行了较深入的探讨。初步建立起基于一般辨识原理和优化技术的岩体粘弹性、粘塑性本构模型辨识的理论和方法, 并用FORTRAN 语言编制了弹2粘塑性模型辨识程序EV E ID 和弹2粘塑性模型辨识程序EV P ID。学位论文完成的主要工作有:(1) 根据系统辨识所需的先验知识、实现的原理和一般步骤, 深入地研究了岩体系统本构模型辨识的特点, 从一般角度探讨了岩体本构模型辨识的途径和实现的方法;(2) 将n 阶线性偏微分方程视为连续介质弹2粘弹性本构方程的一般数学描述, 将初始地应力和特定形状洞室的开挖作为已知的输入, 现场实测数据作为系统的输出响应, 用解析的方法建立了隧道围岩系统弹2粘弹性本构模型辨识的一般方法, 并编制了相应的有限元为基础的辨识程序EV E ID;(3) 将P. Perzyna 方程的一般形式视为连续介质弹2粘塑性本构方程的一般数学描述, 基于上述(2) 中同样的输入、输出条件, 并考虑洞室开挖面空间影响效应, 建立了弹2粘塑性本构方程中流动系数C和屈服准则的函数5 的辨识方法, 并编制了以二维弹2粘塑性有限元为基础的辨识程序EV P ID;(4) 用数值方法正面分析了流动系数C和屈服准则的函数5 对隧道开挖中围岩位移影响的敏感性, 从而证明了C和5 的可辨识性, 并建立了C和5 的寻优途径;(5) 探讨了基于上述粘弹、粘塑性本构模型的辨识, 实现隧道掘进中围岩变形和应力、围岩稳定、支护结构安全度、工程投入运营后长期稳定性的预测及实时的支护质量监测与反馈修正的方法;(6) 用本文的辨识程序, 对某矿井下巷道掘进中的实测收敛值进行了实际的辨识计算, 证明了所提出的辨识方法的可行性。