水电站调压井围岩参数反分析及开挖稳定性仿真分析

【摘要】：近年来出现了许多大型的地下工程,应用于隧道、铁路、公路、矿山、水电、国防、城市地铁及城市建设等许多领域。本文中的福堂水电站调压井所处地质条件复杂,且内径和深度较大,被称为亚洲第一井。调压井作为一种地下结构,不同于地面结构,分析和研究地下结构的安全性和稳定性不仅与结构本身有关,还与周围的环境—工程地质条件(自然岩体)及施工过程密切相关,即围岩的稳定性极大地影响地下结构的安全性。因此正确的稳定性分析是设计和安全施工的保证。地下结构计算理论的发展已有百余年的历史,针对岩石工程稳定性分析已有许多方法。无论哪种方法,首先需要输入围岩的力学参数。但是由于自然岩体本身的复杂性,以及目前现场实测技术手段的限制,使得围岩的力学参数难以确定,因此给工程的安全判断带来了困难。 随着信息科学的发展,反分析方法的给解决这一问题提出了新思路,本文利用现场监测数据和系统辩识方法,确定围岩的材料参数。然后在此基础上进行数值分析,确定工程的开挖稳定性。将有限元分析与神经网络反分析相结合,用于解决大型岩土工程安全性能分析,是本文的主要成果,具体概括为: (1) 对调压井工程建立三维有限元模型,结合现场监测数据判断计算模型的可行性。采用均匀设计法的思想,选取不同的材料参数(本文选取弹性模量E和泊松比μ)进行初次有限元分析,为反分析提供所需的训练样本数据。 (2) 用MATLAB人工神经网络对调压井围岩参数进行了位移反分析研究,建立了线弹性位移反分析的神经网络模型。该模型反映了围岩力学参数和岩体位移之间的映射关系,采用动量梯度下降法在岩体力学参数空间进行全局搜索