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地下洞室岩体力学参数反演及施工力学问题研究

王昭礼  
【摘要】: 本文结合地下洞室工程施工过程中的力学问题,基于几何、本构、应力状态和 施工过程等四方面仿真建模的原则,采用可以考虑材料弹塑性和开裂的包络型本构 模型,建立能描述岩体多介质的特点和能考虑隧洞支护结构与地层的相互作用,同 时能反映断层、夹层、节理裂隙以及施工全过程等影响的岩体结构仿真计算模型。 文中综述了岩体材料常用的屈服准则和本构模型,同时论述了四参数屈服准则在一 定条件下可退化为其它几类常用的屈服准则。采用增量理论推导了非线性问题有限 元求解的支配方程,描述了求解非线性支配方程的变{K_p}迭代解法的相关列式。 对常见的各种参数反分析方法共轭梯度法、DFP法、单纯形反分析方法的计算 理论、步骤进行了系统的总结和评述,并对各种方法的优缺点分别进行了阐述。鉴 于在实际工程中,采用相对位移可在很大程度上消除观测资料的量测误差,具有十 分重要的实用价值和意义,文中提出了地下洞室开挖中基于相对位移的DFP优化反 分析方法,并推导了相应的目标函数及其计算公式。 为了维护地下洞室的稳定,如何采取合理的开挖方式一直是工程界所关心的 问题。基于施工力学的分析方法,建立了地下洞室分期开挖仿真计算的有限元列式。 对沙湾隧洞施工过程中围岩的稳定性以及不同开挖方式等问题进行了研究。 基于计算成果,分析、评价某地下洞室围岩的稳定性;评价开挖方式和支护 方案的合理性。研究结果表明,该地下洞室针对不同围岩类别设计不同的支护方案 和开挖方式是合理可行的。


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