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公路隧道围岩物理参数的正反演分析

作　者: 尹小宝
导　师: 高峰
学　校: 重庆交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 力学参数有限元分析反演分析参数场位移法反演
分类号: U451.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着21世纪我国经济的迅速发展,基础设施建设得到空前的发展机遇。交通工程作为基础设施的主要组成部分,其发展更是日新月异,作为交通工程的重点之一,隧道的建设得到了快速发展。这就要求隧道在设计、建设和运营过程中保证其安全、经济、耐久性。目前,隧道的设计和施工都是建立在经验的基础之上,设计和施工过于保守,原因在于对隧道围岩力学参数的不确定性上,无法充分发挥围岩的自稳性和支护材料的强度。如何充分发挥围岩和材料的自身强度,达到隧道建设的安全、经济的要求是我们急需解决的问题。由于隧道围岩组成的复杂性,以及地质勘测时存在片面性,故此,在设计时依赖于加大设计安全系数和支护结构强度(如断面尺寸,材料强度)。导致材料的过度浪费。因此,开展隧道围岩力学参数的反演分析的研究是非常必要的。本文对隧道围岩力学参数的反演分析方法进行了研究。研究内容主要分为以下几个方面:①讨论围岩反演分析的原理和种类,提出适合实际工程的反演分析方法。②通过比较不同的数据统计方法,对现场监测数据进行统计分析,得到合理的数据。③根据具体工程的施工原则和施工步骤,利用有限元理论和计算软件模拟其施工全过程,指导施工。④根据实际的监测数据,分别建立平面和三维的计算模型,编制反演迭代公式,推导该隧道围岩的力学参数。⑤利用反演得到的力学参数,计算该隧道的应力应变以及位移。通过与实际监测数据相比较,检验力学参数的合理性。通过对实际隧道工程围岩的平面反演分析,结果表明:通过反演得到的围岩力学参数与实际围岩参数较吻合,有利于提高在隧道施工期间对隧道的监控量测工作和超前预报的准确性。通过对实际隧道工程围岩的三维反演分析,结果表明:建立三维模型反演得到的力学参数比平面模型得到的参数更加准确,与实际监测的数据更加吻合。通过对实际工程的分析计算,可以得出:使用位移法反演和优化处理相结合的形式对隧道围岩力学参数进行反演分析,是一种简单而又快捷的方法。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外反演分析研究现状  9-11
  1.3 有限元分析原理  11-14
    1.3.1 有限元法的实现方法  11-12
    1.3.2 岩土结构的弹塑性有限元理论  12-13
    1.3.3 反演分析有限单元法原理  13-14
  1.4 有限元分析软件ANSYS  14-16
  1.5 本文研究内容与研究思路  16-18
    1.5.1 研究内容  16
    1.5.2 研究思路  16-18
第二章正反演分析定义及其分类  18-23
  2.1 正反演分析的基本定义  18
    2.1.1 正反演分析的定义  18
  2.2 反演分析的种类  18-21
    2.2.1 反演分析的分类及特点  18-20
    2.2.2 正反演分析的基本原则  20-21
  2.3 反演分析在岩土工程中的应用  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章围岩参数反演分析理论  23-34
  3.1 围岩参数的弹塑性反演分析理论  23-25
    3.1.1 弹塑性反分析研究思路  23-24
    3.1.2 弹塑性仿真反分析的实现方法  24-25
  3.2 围岩物理力学参数的位移法反演分析  25-30
    3.2.1 参数场的提出  26
    3.2.2 材料弹性模量的反演分析方法  26-27
    3.2.3 材料摩擦系数和凝聚力的反演分析方法  27-29
    3.2.4 地下结构荷载的反演分析  29-30
  3.3 位移反演分析的优化设计  30-32
    3.3.1 位移法优化反演分析  30
    3.3.2 目标函数参数的回归分析  30-32
    3.3.3 位移反演分析正、逆定式方法  32
  3.4 位移反演分析法的局限性与发展方向  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章反演分析监测数据的回归分析  34-40
  4.1 监测数据的回归分析  34
  4.2 原理与方法  34-36
    4.2.1 模型参数的计算  35
    4.2.2 数值计算最优化算法  35
    4.2.3 实验数据的筛选  35-36
  4.3 算法的实现过程  36-38
    4.3.1 设计流程  36
    4.3.2 求解系数方程组  36-37
    4.3.3 数值计算最优化的实现  37
    4.3.4 筛选方法的实现  37-38
  4.4 回归分析函数  38-39
    4.4.1 回归函数类型  38-39
    4.4.2 （倒）对数函数作为回归函数的合理性  39
  4.5 本章小结  39-40
第五章工程实例  40-57
  5.1 平面分析  40-48
    5.1.1 隧道围岩正演分析  40-45
    5.1.2 隧道围岩的反演分析  45-48
  5.2 三维模型围岩参数的反演分析  48-56
    5.2.1 隧道围岩参数三维正演分析  48-52
    5.2.2 隧道围岩参数三维反演分析  52-56
  5.3 本章小结  56-57
第六章主要结论及进一步研究的建议  57-59
  6.1 研究结论  57
  6.2 研究建议  57-59
附件  59-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
在学期间发表的论著与科研成果  69

公路隧道围岩物理参数的正反演分析

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