浅埋偏压洞口段围岩变形预测及参数优化反分析

论文摘要

随着地面可建空间的减少,以及人们对于环境保护的要求,近年来世界上许多国家开始重视地下空间的开发和利用,人们预言21世纪将是地下空间的世纪[1]。岩土地下工程在当今已成为了研究的热点,而相应的岩土力学经过前人几十年的研究,已发展出多种较为成熟的理论体系。不过,由于岩体的复杂性导致这些理论在运用时还存在着和实际不相符的情况,因此有必要结合工程实际进一步地加深研究。隧道工程的洞口工程历来受到人们的重视,并在施工中形成了“早进洞,晚出洞”的指导思想。本文背景为处于浅埋偏压地形地质条件下的白马隧道洞口段工程。文章介绍了新奥法施工中采用的监控量测方法—三角形量测法,并对监测数据采用了灰色模型进行了预测,证明其在隧道变形的预测中具有很好的应用价值。其次,阐述了在地下工程中常用到的弹塑性本构关系,结合ANSYS软件的优化技术和位移反分析的思路反演出洞口段围岩的物理参数,并利用有限元技术对洞口段进行了基于D-P模型的三维弹塑性数值模拟,综合分析了围岩及支护结构的受力状态,得到了围岩和支护结构在偏压下的变形特征,指出支护体系的薄弱环节,最后提出了相应的治理措施。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 位移反分析法研究现状和发展方向
• 1.2.1 国外位移反分析法的发展和现状
• 1.2.2 国内位移反分析法的发展和现状
• 1.2.3 位移反分析法的发展方向
• 1.3 本文研究内容及拟采用的方法
• 2 浅埋偏压和膨胀性围岩
• 2.1 浅埋
• 2.2 偏压
• 2.2.1 偏压隧道成因
• 2.2.2 偏压隧道的判定
• 2.2.3 地形偏压隧道受力计算
• 2.2.4 地质偏压隧道受力计算
• 2.3 膨胀性围岩
• 2.3.1 膨胀性围岩的特点
• 2.3.2 膨胀性围岩的治理
• 3 新奥法监测与数据处理
• 3.1 新奥法在隧道工程中的应用
• 3.1.1 新奥法基本概念
• 3.1.2 新奥法中的监控量测
• 3.1.3 新奥法监控量测与反分析
• 3.2 白马隧道监控量测
• 3.2.1 工程概况
• 3.2.2 监测方案比选
• 3.2.3 隧道变形特征
• 3.3 量测数据处理和分析
• 3.3.1 量测数据的意义及处理方法
• 3.3.2 回归分析在量测数据分析中的应用
• 3.3.3 灰色理论在量测数据分析中的应用
• 3.4 应用灰色模型进行变形量预测
• 4 围岩弹塑性分析基本理论和方法
• 4.1 围岩变形的弹塑性分析
• 4.1.1 概述
• 4.2 塑性状态下的本构关系
• 4.2.1 全量理论
• 4.2.2 增量理论
• 4.3 岩土材料的塑性屈服破坏准则
• 4.3.1 基于应力的准则
• 4.3.2 基于应变的准则
• 4.3.3 基于应变能的准则
• 4.4 岩土材料的流动法则
• 4.5 岩土材料的强化准则
• 4.6 弹塑性问题的有限元分析理论
• 4.6.1 有限元法概述
• 4.6.2 有限元法分析步骤
• 4.6.3 弹塑性问题有限元解法
• 5 围岩数值模拟及优化反分析
• 5.1 ANSYS 有限元程序简介
• 5.2 基于ANSYS 有限元程序的非线性问题求解方法
• 5.3 ANSYS 参数化设计语言（APDL）及二次开发功能
• 5.3.1 APDL 语言简介
• 5.3.2 APDL 语言优化设计基本要素及过程
• 5.4 优化反分析及其在ANSYS 程序中的应用
• 5.4.1 优化反分析原理
• 5.4.2 ANSYS 程序中优化分析原理及工具
• 5.5 白马隧道围岩位移反分析
• 5.5.1 反分析资料
• 5.5.2 基于ANSYS 的位移优化反分析
• 5.5.3 反分析结论
• 5.6 白马隧道围岩三维数值模拟
• 5.7 本章小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 1. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 2. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目和实践