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考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析理论及其在围岩稳定分析中的应用

蔡志伟  
【摘要】: 岩土工程反分析是岩土力学一个重要分支,发展至今,已有30余年历史,形成了可供工程实践采用的理论和方法体系。但对于大多数工作在岩土工程建设第一线的广大设计与施工人员来说,岩土工程反分析无异于“阳春白雪”而对该理论少有问津,更别说主动运用于工程实际。究其原因,一方面在于多数反分析理论较为深奥,另一方面就在于专门针对反分析开发的应用型软件尚少。本文就是对在该背景下做的一点工作进行的总结。 首先,考虑洞室开挖后围岩的力学形态和岩土力学众多问题的不确定性本质,通过弹性模量折减的方法,本文提出了“考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析法”,并在原扩张卡尔曼滤波与有限元耦合反分析法的基础上,运用FORTRAN90编写了相应算法程序。 其次,利用基于文件操作的Fortran与VC++混合编程技术,将考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析计算模块嵌入课题组开发的“隧道施工监控量测智能型信息管理与分析系统”,使反分析模块能够利用该系统的图形模块进行前后处理,从而使该方法的工程应用更加便捷,为该法的应用推广创造了很好的条件。 任何理论或是方法都是为最终的工程应用服务的,最后,本文利用开发的反分析程序对白云隧道YK48+737断面围岩稳定性进行了评定。利用反分析法求出围岩初始参数后,通过有限元正分析可求出全域最大剪应变,并与经实验和理论推演获得的临界剪应变相比较进而获得该断面塑性区分布,最终完成对该断面围岩稳定性的判定。由于该围岩稳定性分析法摒弃了一般有限元正分析在围岩初始应力场上的不合理假设,因而结果更贴切实际,更具合理性。 本文主要的创新点和工作为: (1)建立了“考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析法”; (2)运用FORTRAN与C++混合编程技术,将该反分析计算模块成功嵌入“隧道施工监控量测智能型信息管理与分析系统”。


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