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《河北农业大学》 2011年
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水工隧洞围岩力学参数反演及施工三维仿真

李楠楠  
【摘要】:随着国民经济和科技的快速发展,我国加大了对基础工程的投资,隧道工程亦越来越受到重视。对于隧洞工程,其所处围岩的物理力学参数的选取是否合理将直接影响到工程设计与施工的安全性。尤其是地质条件比较复杂的隧洞,由于岩土体具有很大的模糊性、不确定性、随机性,岩土体参数的确定成为实际工程中的一大难题。目前,隧洞工程围岩力学参数一般要通过现场测试,但现场测试不仅难以进行而且不同地段区别很大,大量研究及实例表明,利用隧洞施工中实际观测的位移及应力,来反演围岩的实际物理力学参数,能够得到较为理想的岩土体参数。 本文依托湾子隧洞施工项目,结合现场观测隧洞围岩变形资料,利用粒子群算法调用有限元计算软件ANSYS的方法对工程区围岩力学参数进行了反演;在此基础之上,对隧洞开挖、喷锚支护及二次衬砌进行了三维仿真计算。本文主要工作内容包括: (1)简要介绍了ANSYS软件的原理和方法,选取6+890~6+920段建立有限元平面模型及三维模型。 (2)提出了基于粒子群算法调用ANSYS(PSO-APDL)的反演计算方法,利用自编的C语言接口程序调用APDL命令流对隧洞围岩弹性模量进行反演计算。此方法中利用粒子群算法强大的全局寻优能力,可有效解决反分析中求导困难以及优化收敛于局部极值点的问题。 (3)在反演计算中,反演隧洞围岩弹性模量的同时,又对开挖围岩的单元弱化系数进行了反演。文中应用单元弱化理论来模拟隧洞开挖过程中的围岩“反转作用力”,以简化有限元计算模型,提高计算效率。 (4)建立了隧洞施工的三维有限元仿真模型,将反演所得围岩参数再代入模型,对各开挖、喷锚、衬砌施工步进行模拟。通过分析各施工步中围岩及衬砌的位移、应力的变化情况,获得其随施工步进展的发展规律,同时,对隧洞二次衬砌初设尺寸进行了安全校核。 (5)总结了本文的研究工作,分析了研究的不足,并对今后的研究重点进行了展望。
【学位授予单位】:河北农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TV221.2

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