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《大连海事大学》 2011年
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基于差异进化算法和非线性有限元的隧道围岩参数反分析

王军祥  
【摘要】:由于隧道所处的地质体具有高度的复杂性和非确定性,加之所受荷载及边界条件较为复杂,计算所需参数难以准确的给出等,使得无论是理论解析法还是数值解析法在计算上难以达到理想的结果。位移反分析可以有效地解决“参数不准”的瓶颈,而得到中外隧道工程界的广泛关注。 本文基于非线性有限元理论和岩土弹塑性理论,在本构方程的求解上采用了新型的算法—返回映射算法(Return Mapping Algorithm),自主开发研制了返回映射非线性有限元程序。并将有限元计算程序嵌入到差异进化算法之中,自主开发了智能位移反分析程序(即EEOS反分析程序)。为便于前后处理,还进行了两个接口的程序编制,一是编制程序将ANSYS软件划分的网格,转化为有限元计算程序的前处理文件;二是将有限元计算的应力等结果,转化为tecplot软件可以执行的输入数据,进而可以图形的形式直观显示模拟结果。 通过较多算例对开发的EEOS反分析程序进行测试,数值计算结果与解析解较为一致。对反分析程序中的差异进化算法中的控制参数进行了比较,得出参数对反演结果和收敛速率影响的规律,为合理的DE参数选择提供了依据。 将开发的EEOS反分析程序应用于在建的大连地铁工程。首先进行现场监测点的布设和施工中的数据监测,对特定断面的地表沉降,洞周收敛和拱顶下沉等进行分析,然后采用EEOS反分析程序进行围岩参数的反分析,最后基于反演参数进行隧道开挖模拟,获得未来各开挖步围岩塑性区及应力、变形的演化,对实际工程起到重要的指导作用。
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