基于IA-BP智能算法的应力-渗流耦合蠕变多参数反演方法及工程应用

发布时间：2020-03-29 14:25

【摘要】：千枚岩岩性差,强度低,变形大,具有明显的软弱、松散、破碎等地质问题,属于软岩,软岩在工程力扰动下能够产生明显的塑性与蠕变特性。深部软岩工程的蠕变性不仅与岩石本身有关,而且与环境有关。对于很多软岩工程,尤其是对深埋于地下的隧道或巷道,都处于复杂环境中,即多种环境场相互耦合,相互影响,其中包括应力场、渗流场、化学场、温度场等。复杂环境下的岩石蠕变特性会对工程的稳定性造成很大的影响,会是后期工程运营的安全隐患。在实际工程中,通常是根据岩石的力学参数来分析隧道围岩的稳定性,但岩石是一种非均质、非线性、不连续的材料,如何能够简单、快速、准确地得到围岩参数,对实际工程具有重要的指导意义。以“兰州至海口国家高速公路”渭源至武都建设项目WWSY2标段沙湾隧道为实际工程背景,根据相似准则研制千枚岩相似材料,并采用模型试验装置进行模型试验,根据现场监测数据,结合位移反分析方法,对围岩的应力-渗流耦合蠕变多参数进行反演,并用反演所得参数进行ABAQUS有限元分析。主要内容包括:(1)基于Burgers本构模型,编制相应的的UMAT子程序,同时利用ABAQUS有限元软件,通过单轴蠕变试验验证Burgers子程序的正确性。(2)建立PSO-BP与IA-BP反分析方法,通过MATLAB软件编制PSO-BP算法与IA-BP算法程序,建立正交表并将其作为学习样本,分别通过PSO-BP算法与IA-BP算法计算,对比两个算法的计算值与实验值。通过对比可知IA-BP算法的预测效果较好。(3)基于IA-BP算法,根据现场监测数据进行反分析得到围岩的力学参数,运用ABAQUS有限元软件,建立三维有限元模型,采用分部台阶开挖法,进行隧道围岩稳定性分析。(4)依据相似三定理,推导流-固耦合相似准则,并在此基础上推导蠕变阶段的相似准则,研制一种渗流-应力耦合作用下的千枚岩蠕变相似材料。(5)以“兰州至海口国家高速公路”渭源至武都建设项目WWSY2标段沙湾隧道为实际工程背景,制作沙湾隧道物理试验模型,采用千枚岩相似材料,进行模型试验。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U456

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