隧洞开挖渗流场适时预报方法研究

论文摘要

渗流问题一直是岩土工程中的一个重要研究课题，而渗透参数的确定是研究渗流的关键。本文对隧洞开挖时渗透参数的确定方法进行了较为系统、深入的研究，在总结大量文献的基础上，本文主要做了如下几个方面的工作：1．简要介绍了渗流的基本理论和岩体渗流的计算模型，以八节点等参元为例给出了三维问题的渗流有限元格式，讨论了自由面和流量边界条件的处理；2．介绍了简单遗传算法(SGA)的基本流程，然后对遗传算子、交叉算子进行改进，并加入了加速遗传操作，有效地提高了遗传算法的效率，最后将局部的单纯形搜索引入到遗传算法中来，形成了混合遗传算法，对提高遗传算法的局部搜索能力有很大的作用；3．从线性问题的卡尔曼滤波公式出发，推导了非线性问题的扩展卡尔曼滤波公式，提出了渗流有限元和扩展卡尔曼滤波方法的耦合算法，用于渗流场的适时预报，并编制了相应的程序；4．利用本文提出的渗流场适时预报方法，对锦屏二级电站引水隧洞开挖过程中的渗流场进行了预报，并对预报的结果进行了简单的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 裂隙岩体渗流模型研究现状
• 1.2.2 反演方法研究现状
• 1.2.3 适时预报方法研究现状
• 1.3 本文主要的研究工作
• 第2章 渗流场的有限元分析
• 2.1 渗流的基本理论
• 2.1.1 达西渗透定律
• 2.1.2 连续性方程
• 2.1.3 稳定渗流基本微分方程
• 2.1.4 渗流问题的定解条件
• 2.2 三维稳定渗流有限元法
• 2.2.1 稳定渗流的变分方程
• 2.2.2 渗流的有限单元法
• 2.3 裂隙岩体渗流三维有限元模拟
• 2.3.1 等效连续介质模型
• 2.3.2 离散裂隙网络模型
• 2.3.3 裂隙岩体渗流的有限元模拟
• 2.4 渗流的自由面问题及流量边界处理
• 2.4.1 渗流的自由面问题
• 2.4.2 流量边界的处理
• 2.5 本章小结
• 第3章 渗透参数反问题研究
• 3.1 概述
• 3.2 渗透参数反演方法研究
• 3.2.1 遗传算法基本原理
• 3.2.2 遗传算法的基本要素
• 3.2.3 简单遗传算法的改进策略
• 3.2.4 遗传和单纯形混合算法
• 3.3 渗流参数反问题模型
• 3.3.1 待反演参数的确定
• 3.3.2 程序编制
• 3.4 算例分析
• 1'>3.4.1 De jong函数F₁
• 3.4.2 渗透参数反演算例
• 3.5 本章小结
• 第4章 隧洞开挖渗流场适时预报方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 卡尔曼滤波法介绍
• 4.2.1 卡尔曼滤波模型
• 4.2.2 扩展卡尔曼滤波器与有限元耦合算法
• 4.2.3 渗流场适时预报步骤
• 4.3 水头对待估参数偏导的求解
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 有限元直接偏微分算法
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 工程实例研究
• 5.1 锦屏二级工程概况
• 5.2 锦屏二级地层岩性与构造
• 5.3 计算模型
• 5.3.1 边界条件
• 5.3.2 地质建模
• 5.4 渗流场适时预报计算
• 5.4.1 适时预报计算参数的确定
• 5.4.2 适时预报结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文小结
• 6.2 存在的问题及研究展望
• 参考文献
• 致谢