学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于差异进化算法和非线性有限元的隧道围岩参数反分析

作　者: 王军祥
导　师: 姜谙男
学　校: 大连海事大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 差异进化算法非线性有限元返回映射算法位移反分析程序开发
分类号: U451
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 49次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

由于隧道所处的地质体具有高度的复杂性和非确定性,加之所受荷载及边界条件较为复杂,计算所需参数难以准确的给出等,使得无论是理论解析法还是数值解析法在计算上难以达到理想的结果。位移反分析可以有效地解决“参数不准”的瓶颈,而得到中外隧道工程界的广泛关注。本文基于非线性有限元理论和岩土弹塑性理论,在本构方程的求解上采用了新型的算法—返回映射算法(Return Mapping Algorithm),自主开发研制了返回映射非线性有限元程序。并将有限元计算程序嵌入到差异进化算法之中,自主开发了智能位移反分析程序(即EEOS反分析程序)。为便于前后处理,还进行了两个接口的程序编制,一是编制程序将ANSYS软件划分的网格,转化为有限元计算程序的前处理文件；二是将有限元计算的应力等结果,转化为tecplot软件可以执行的输入数据,进而可以图形的形式直观显示模拟结果。通过较多算例对开发的EEOS反分析程序进行测试,数值计算结果与解析解较为一致。对反分析程序中的差异进化算法中的控制参数进行了比较,得出参数对反演结果和收敛速率影响的规律,为合理的DE参数选择提供了依据。将开发的EEOS反分析程序应用于在建的大连地铁工程。首先进行现场监测点的布设和施工中的数据监测,对特定断面的地表沉降,洞周收敛和拱顶下沉等进行分析,然后采用EEOS反分析程序进行围岩参数的反分析,最后基于反演参数进行隧道开挖模拟,获得未来各开挖步围岩塑性区及应力、变形的演化,对实际工程起到重要的指导作用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 课题研究背景  11-14
  1.2 课题研究目的和意义  14-15
  1.3 反分析的国内外研究现状  15-17
  1.4 本文主要研究内容和技术路线  17-19
  1.5 本章小结  19-21
第2章差异进化算法和非线性有限元理论  21-39
  2.1 差异进化算法  21-25
    2.1.1 产生初始种群  22
    2.1.2 变异操作  22-23
    2.1.3 交叉操作  23-24
    2.1.4 选择操作  24
    2.1.5 适应度函数  24-25
  2.2 岩土塑性理论  25-28
    2.2.1 加-卸载准则  25-26
    2.2.2 流动法则  26
    2.2.3 强化法则  26-27
    2.2.4 强化参数  27
    2.2.5 一致性条件  27-28
  2.3 非线性有限元方程组的解法  28-30
    2.3.1 割线刚度迭代法  28-29
    2.3.2 切线刚度迭代法  29
    2.3.3 常刚度迭代法  29
    2.3.4 修正切线刚度法  29-30
  2.4 返回映射算法(Return Mapping Algorithm)的原理  30-38
    2.4.1 弹塑性本构方程  30-31
    2.4.2 返回映射算法的表达式  31-32
    2.4.3 von Mises模型的返回映射算法  32-34
    2.4.4 Mohr-Coulomb模型的返回映射算法  34-38
  2.5 本章小结  38-39
第3章非线性有限元计算程序的编制  39-57
  3.1 有限元(FEM)计算程序的介绍  39-42
  3.2 有限元计算程序的类结构  42-48
  3.3 利用ANSYS的节点和单元文件转换本程序的前处理  48
  3.4 有限元程序计算结果与tecplot后处理软件接口程序的编制  48-49
  3.5 有限元程序的模拟结果与解析法结果对比  49-50
  3.6 有限元程序的模拟计算  50-55
    3.6.1 地基加载模拟仿真  50-53
    3.6.2 基于强度折减的边坡隧道弹塑性有限元模拟  53-54
    3.6.3 隧道弹塑性有限元模拟  54-55
  3.7 本章小结  55-57
第4章智能位移反分析程序(EEOS)的编制  57-71
  4.1 智能位移反分析程序原理  57-59
  4.2 智能位移反分析程序编制流程  59-60
  4.3 隧道围岩参数反演算例1  60-65
    4.3.1 参数反演模型的建立  60-62
    4.3.2 变异因子F和交叉因子CR的迭代比较  62-63
    4.3.3 差异策略不同的迭代步比较  63-65
  4.4 隧道围岩参数反演算例2  65-69
    4.4.1 差异策略的收索迭代比较  66-67
    4.4.2 控制参数不同的迭代步  67-69
  4.5 本章小结  69-71
第5章 EEOS位移反分析程序地铁隧道工程中的应用  71-99
  5.1 大连学海区间地铁隧道工程概况  71-73
  5.2 监测和信息反馈动态施工  73-75
  5.3 监测点的布设  75-76
  5.4 隧道施工中对监测数据的分析  76-82
    5.4.1 地表沉降数据分析  77-78
    5.4.2 洞周收敛和拱顶沉降数据分析  78-80
    5.4.3 建筑物沉降监测数据分析  80
    5.4.4 管线的沉降监测  80-81
    5.4.5 爆破震速的监测  81-82
  5.5 隧道围岩弹性参数的反演  82-83
  5.6 荷载-结构模型计算结构受力  83-86
  5.7 大连学苑广场地铁车站工程概况  86-97
    5.7.1 大断面地铁车站的参数反分析  88-90
    5.7.2 地铁车站CRD法有限元数值模拟  90-96
    5.7.3 参数强度折减模拟塑性区  96-97
  5.8 本章小结  97-99
第6章结论与展望  99-101
参考文献  101-105
攻读学位期间公开发表论文  105-107
致谢  107-109
研究生履历  109-110

基于差异进化算法和非线性有限元的隧道围岩参数反分析

内容摘要

全文目录

相似论文