岩石弹塑性损伤参数反演在地铁车站中的应用

针对大多数弹塑性损伤模型存在涉及参数多且不易确定的问题,使用C++语言编制弹塑性损伤本构求解程序并将其集成到自主开发的基于差异进化算法(Differential Evolution,DE)的智能参数反分析程序中,通过算例验证了本构模型的准确性及智能反演程序的可行性.在此基础上,将该程序应用于大连地铁洞桩法车站的损伤参数反演工作中,通过第一个施工工序的监测位移反演损伤参数,并用反演所得参数对后续施工工序进行有限元模拟.研究结果表明:该方法及程序具有较好的可靠性,能够解决实际工程问题,对现场施工有较好的指导作用.     

考虑渗流、应变软化和扩容的巷道围岩弹塑性分析

考虑了渗流体积力、岩体应变软化、破裂膨胀性重要因素,应用弹塑性力学理论,推导了渗流场作用下巷道围岩的应力和位移分布规律,给出了巷道围岩不同分区范围与孔隙水压力、岩体应变软化程度、破裂膨胀性之间的关系;研究表明,孔隙水压力和岩体破裂膨胀特性对巷道围岩破裂区范围的影响程度比对塑性区范围的影响程度明显;考虑渗流场比不考虑渗流场的影响时,塑性区范围和破裂区范围都要大;岩体应变软化程度对巷道围岩塑性区和破裂区的范围影响同样显著;渗流、应变软化、破裂膨胀性对巷道围岩变形的影响都比较明显。研究成果为渗流场作用下的巷道支护工程有一定的参考价值。     

巷道支护力作用及影响因素分析

采用库伦-莫尔理论,对巷道圃岩出现塑性区前后支护力与圆岩应力之间的关系,以及不同塑性区力学参数下支护力与巷道围岩塑性区半径之间的关系进行了研究。结果表明,由于巷道实际支护力与原岩应力比值只有1／10～1／100,对不出现塑性区和破裂区的完整岩体巷道,支护力的作用是很小的,可以忽略不计。而当围岩中出现了塑性区和破裂区之后,支护力的作用才开始显现。提高支护力可直接减小圃岩破裂区（塑性区）范围,但提高支护力的主要作用是提高弹塑性区围岩压应力,达到提高破裂区（塑性区）岩体宏观强度的目的,从而减小塑性区和破裂区的范围。影响支护力作用效果的主要因素是塑性区力学参数。     

渗流-应力耦合作用下高孔低渗泥岩渗透特性演化模型

围岩渗透特性演化是地下工程稳定性分析的一项重要研究内容.以某泥岩高放射性核废料处置库工程为背景,结合相关室内试验和现场试验成果,以泥岩力学损伤为主线,建立了泥岩渗透性演化数学模型;结合处置库巷道围岩孔隙压力的多年观测资料,通过建立能够反映实际施工过程的计算力学模型,采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元反分析程序,对巷道围岩渗透性参数进行了反演研究.结果表明:反演所得的泥岩渗透率数量级与试验值相同,孔隙压力沿围岩径向分布规律一致,反演孔隙压力值与实测值比较接近;围岩扰动区最大渗透率是原岩的381倍,围岩的损伤分布形态与渗透性扰动区相似,均近似为椭圆形.研究成果对软岩隧洞长期稳定性的预测与预报具有一定的参考意义.     

基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

深埋隧道围岩滑移面验证及稳定性分析

为了采用安全系数分析深埋圆形盾构隧道稳定性,以隧道围岩弹塑性区域的应力分布为基础,采用变分方法验证围岩滑移面的分布形态.将围岩简化为理想弹塑性材料,结合弹塑性区域应变分布获得围岩极限塑性半径.基于Mohr-Coulomb准则,选取隧道安全系数为极限塑性半径内沿隧道滑移面围岩的抗剪强度与剪切力之比,获得以安全系数为隧道稳定性指标的分析方法.通过算例分析得出极限应变与屈服应变比值、围岩力学参数和支护参数与隧道相对塑性半径和安全系数的关系.研究结果表明:增加围岩内聚力、内摩擦角及支护压力能有效抑制隧道塑性区半径发展与提高隧道安全系数;围岩变形协调能力越好,整体越稳定.     

考虑水-力耦合效应时软化围岩解析

基于线性Mohr-Coulomb(M-C)强度准则,改进考虑水-力耦合作用下应变软化围岩深埋圆形隧道的应力与位移求解的逐步位移法。该方法全面考虑水-力耦合作用下围岩强度和变形参数的劣化、剪胀角和塑性区内弹性应变的变化。基于平面应变的假设和改进的逐步位移法,将整个塑性区分为n个同心圆环,以弹塑性交界面处的应力应变作为塑性区的初始值,获得塑性区内的应力及位移解。同时,对水-力耦合作用下的强度及变形参数进行分析。研究结果表明:在考虑水-力耦合作用下,应力减小,收敛和塑性半径均变大,位移与塑性半径提高幅值分别为27.00%和3.17%。     

锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用

从弹塑性力学计算出发，用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响；而描述锚固围岩体力学性质的粘结力和内摩擦角并未改变，建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型。通过计算，得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力及塑性区半径的理论计算公式；分析了锚杆支护巷道的围岩应力分布及塑性区变化趋势。并在井下巷道的锚杆支护参数选定中进行了实际应用，锚杆支护弹塑性力学计算的解析解在理论上为锚杆麦护的董化设计提供了依据．     

隧道围岩弹性模量及泊松比反演程序开发与验证

对UCODE软件进行编程二次开发,建立该软件与有限元软件间接口,实现UCODE程序与有限元软件间的实时数据交换.以浙江某穿山隧道为工程背景,进行围岩弹性力学参数反演程序验证.以隧道围岩弹性模量E及泊松比v为待反演参数,弹性模量E反演初始值分别设定为真值的1/2和2倍,泊松比v反演初始值作相应变化.反演分析结果表明,无论待反演参数初始值如何取值,反演结果都收敛于真值附近,且与真值误差不超过3%,验证了反演程序的稳定性和精确性.     

隧道围岩力学参数反分析及工程应用

以大连地铁一号线学苑广场—海事大学区间过河段隧道工程为背景,基于一种新型优化算法——差异进化算法进行隧道围岩力学参数反分析,提出以位移值为指标的差异进化位移反分析方法及实现过程,并将反演得到的围岩力学参数应用到过河段隧道工程开挖方案比较及稳定性分析,验证了复杂地质条件下该方法的可行性和有效性.结果表明,该方法在复杂地质条件下具有较好的可行性,且对选取隧道施工方案、保证隧道安全具有一定的指导意义.同时,所得围岩力学参数也可进一步应用于其他类似工程的相关研究.     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响，应用弹塑性力学理论，基于Drucker-Prager屈服准则，推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式；再由极值点失稳理论，确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程，分析中间主应力系数对临界水压力的影响，结果表明：中间主应力对临界水压力有较大影响，采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa；与基于MC准则的计算结果作对比，发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能，可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩参数智能反分析

岩体力学参数的合理确定是隧道工程中一项基础性工作,也是隧道施工过程中存在的一个重要问题,直接关系到分析结果的正确性和可靠性,反分析作为一种可以较好地确定岩体力学参数的方法,在岩土工程领域得到广泛应用.本文基于Hoek-Brown强度准则,首先利用敏感性分析理论对Hoek-Brown准则中4个参数进行了敏感性分析,然后编制遗传-粒子群反分析程序进行隧道围岩物性参数的反分析.基于反演分析得到的围岩力学参数,对下一步施工产生的影响进行预测,取得了良好效果,验证了所提方法准确、可靠,具有一定的适用性.     

统一强度理论下小净距隧道围岩塑性区新解

将小净距隧道中岩柱塑性区不重叠的极限塑性区半径定义为塑性区贯穿半径,考虑中间主应力的影响,采用统一强度准则和Schwarz交替法,对小净距隧道的弹塑性状态进行分析,推导小净距隧道塑性区半径的解析表达式.通过算例,分析中间主应力、内摩擦角和黏聚力对理论解的影响.结果表明:当两隧道净距大于2.3倍的开挖半径时,两隧道之间的相互作用较小,塑性区半径趋于一个稳定值,稳定值比单孔隧道塑性区半径大17.7%,可近似按照单孔隧道进行处理;小净距隧的塑性区贯穿半径随着统一强度参数、内摩擦角和黏聚力的增大而减小;与同不考虑中间主应力作用相比,考虑中间主应力作用的塑性区贯穿半径减小9.19%~20.71%,充分发挥围岩的强度性能.     

基于GA-BP算法的隧道围岩力学参数反分析

建立智能位移反分析系统,用其确定隧道围岩的力学参数.针对BP神经网络易陷入局部极小值和训练时间过长等缺点,利用遗传算法全局寻优能力优化BP神经网络的权值和阈值.结合均匀设计法在围岩力学参数初始域范围内设计实验方案,这样不仅减少了迭代时间和次数,还提高了预测精度.通过对绿春坝隧道围岩力学参数的反演,验证了该方法的可靠性及适用性.将反演得出的围岩力学参数代入到数值模型中进行计算,结果表明,数值计算值与现场实际监测值的误差分别为-8.9%和4.5%.     

深层搅拌桩墙围护结构裂缝成因探讨

针对基坑支护中深层搅拌桩墙围护结构出现的开裂，采用Mindlin厚板理论对其受力与变形性状进行弹塑性分析，建立了墙体的厚板力学模型和三维有限元分析模型，并编制了有限元分析程序；基于墙体受到纵向弯矩、横向弯矩和扭矩的综合作用，提出采用等效弯矩法评价墙体的综合抗弯性能；利用所编制的程序，获得了某基坑深层搅拌桩墙围护结构墙体水平位移和等效弯矩的空间分布规律；计算结果表明，墙体东侧环球广场横向支撑附加力的作用是使墙体形成破裂面的主要原因。     

基于GA-APSO混合罚模型的混凝土坝力学参数优化反演

针对混凝土坝流变力学参数反分析中的多目标优化问题,利用混合罚函数法,构建一种新的无约束单目标优化函数,并就其函数求解中常规优化算法搜根收敛速率慢、局部最优等缺陷,通过向粒子群算法(PSO)中引入自适应因子,并融合遗传算法(GA)计算优势,提出一种基于自适应遗传粒子群算法(GA-APSO)的全局优化反演方法,并将ANSYS有限元程序作为子模块嵌套到该算法程序中,编制相应的有限元优化反演分析程序。同时,通过工程算例中的大坝正反分析结果,验证文中所建混合算法具有收敛速度快和全局搜索能力强的特点,进而可提高大坝优化反演效率。该方法亦可将其推广应用于其他坝型及岩质边坡的力学参数反分析。     

富水软弱破碎带大断面隧道施工渗流影响及控制效果分析

依托某大断面隧道工程为背景，通过数值模拟并结合现场实测方法研究了隧道不同埋深条件下拱顶沉降、水平收敛、整体围岩应力和塑性区分布规律，并在此基础上，又对隧道在富水条件下的孔隙水压力进行了探讨。结果表明:拱顶沉降、水平收敛位移与水位高度呈正相关，埋深对水平位移影响较小，但影响范围增大；且随着隧道埋深的增加，拱顶沉降和水平收敛位移将在与破碎带间隔10m左右开始呈“瀑布式”增长；围岩应力随埋深和水位高度呈线性增长，其最大值集中在在拱腰处，最大达到1.34MPa，增长速率受水位高度影响更大；塑性区主要分布在隧道两侧，但随着埋深增加，拱顶也出现少量塑性区，这对拱顶的稳定是十分有利的；隧道周围孔隙水压力与埋深和地下水位高度呈正相关。该项研究可为提升大断面隧道穿越断层破碎带施工提供有益的借鉴和参考。     

软岩双连拱隧道施工模拟与力学分析

结合某双连拱隧道实体工程,通过建立弹塑性模型,应用有限元程序对该隧道进行仿真分析,模拟其施工过程中受力性态,获得了有关软岩双连拱隧道在施工过程中围岩-支护体系的力学性态,并对三导洞方案修建双连拱隧道时围岩和结构的受力、变形规律进行了详细分析,为隧道围岩稳定性的评价提供了准确的资料,从而为软岩双连拱隧道的设计与施工提供技术指导。     

裂隙围岩弹性力学参数反分析与验证

以浙江某穿山隧道为工程背景,通过二次开发,建立UCODE软件与有限元软件之间接口程序,对隧道裂隙围岩弹性力学参数—围岩弹性模量E及泊松比υ,进行反分析计算,反分析计算设置四组待定参数初始值。迭代计算结果表明,对于不同的参数初始值,反分析结果收敛于同一组解,验证了反分析算法的稳定性。通过将围岩参数反分析结果与设定值比较,其相对误差分别为2.17%和2.53%,均满足反分析精度要求。     

基于Hoek-Brown准则的渝中连接隧道连拱段施工力学研究

结合重庆渝中连接隧道连拱段的施工过程,建立了基于Hoek-Brown准则的有限元分析模型,对隧道施工过程的围岩位移、应力和塑性区特征及支护结构的应力特征进行了研究,得到了围岩位移随施工步的变化特征和应力及塑性区的影响范围,指出了加强监控量测和支护的位置。通过中导洞水平收敛监测位移与模拟计算的围岩位移的对比分析,检验了数值模拟采用的本构关系和物理力学参数的正确性,也验证了隧道支护设计参数的合理性。