小仟隧道围岩参数智能反分析及施工应用研究

发布时间：2020-05-12 04:44

【摘要】：随着国民经济的快速发展,我国不断加大对交通基础设施的建设投资,隧道工程已成为交通运输体系的重要组成部分,同时也给工程建设带来了机遇与挑战。如今,隧道信息化动态设计与施工技术受到广泛推崇,由于隧道地下环境的复杂性,如何准确获取围岩的力学参数,对隧道设计、施工及岩石力学数值计算理论的研究具有至关重要的意义。为解决这一问题,本文以在建的顺邵高速公路小仟隧道为工程依托,以监控量测数据为基础,将正交试验和数值模拟相结合,建立了基于BP神经网络的位移智能反分析模型,并把反分析得到的围岩力学参数应用于隧道的施工动态模拟及开挖方法优化分析,实现了信息的动态反馈及对隧道设计,施工和监测的指导。主要研究内容和成果如下:(1)鉴于监控量测在新奥法施工过程中的重要性,针对小仟隧道地质条件、实际工程情况,制定隧道施工期间的监控量测方案,对现场位移监测数据进行回归分析处理,预测围岩的变形趋势,确定位移最终值及趋于稳定的时间,为二次衬砌提供了合理的施作时机,并建立了隧道围岩变形施工管理控制基准。(2)通过岩土工程有限元软件MIDAS GTS NX建立了隧道数值模型,在明确待反参数选取重要性与原则基础上,基于正交试验设计和分析方法原理,采用正交数值试验分析法研究了不同力学参数对围岩变形影响的敏感性程度,综合考虑各方面因素,确定了本文所研究的待反围岩力学参数。(3)对神经网络结构进行优化改进,建立了 BP神经网络位移智能反分析模型,利用正交试验和均匀试验构造了网络的训练与测试样本,使用后验差检验法对网络的预测能力进行检验,结合现场实际监测数据,运用MATLAB平台神经网络工具箱反算得到了围岩力学参数,将参数代入模型中模拟计算,并与实测位移值比较,进一步验证了该反分析方法的正确性与可行性。(4)将得到的围岩力学参数应用于隧道施工动态模拟分析,重点研究了隧道开挖后的围岩变形规律,并分析对比了不同开挖方法对围岩稳定性的影响,为隧道工程的设计、施工及监控量测提供了指导和依据。
【图文】：

分类图,位移反分析法,反分析方法,分类图

但也存在自身的缺点和局限性，在实际应用中很难得到广泛推广。逡逑通过上文的介绍可以对各种位移反分析方法的适用范围及优缺点有一个大致逡逑了解，总结这些研究角度，可以将这些方法简单归纳，如图１－１所示：逡逑Ｐ位移反分析逡逑厂根据基础信息—应力反分析逦厂智能反分析逡逑－混合反分析邋Ｐ是否智能方法－逡逑佭法逦Ｌ非智能反分析逡逑根据计算方法－逦ｐ逆解法逡逑匕数值法逦－分析过程－直接法逡逑｜逦「参数反分析逦图谱法逡逑根据分析目标一逦Ｉ＊－确定性反分析逡逑Ｌ模型反■邋Ｌ额考洰确定性－逡逑性模型逦１？非确定ｔ生反分析逡逑粘性模型逡逑ｕ根据本构关系－逡逑弹塑性模型逡逑粘弹塑性模型逡逑图１－１反分析方法分类图逡逑Ｆｉｇ．ｌ－邋１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂａｃｋ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｍｅｔｈｏｄｓ逡逑１．２．３位移反分析法存在的问题逡逑目前，国内位移反分析法的研宄大体沿着两个方向展开，一是主要对于反分逡逑析基本信息理论的研究深化及非线性反演计算精度的提高，再者就是着重研究计逡逑算模型的简化，解决应用实际工程领域的推广普及问题。本文属于后者的工程服逡逑务普及型应用研究。逡逑隧道位移反分析法应用研究中，目前还存在以下问题：逡逑（１）对施工过程模拟的问题逡逑众所周知，高度的复杂性和不确定性是岩土工程问题的主要特点，对外界环逡逑７逡逑

技术路线图

图１－２技术路线图逡逑Ｆｉｇ．邋１－邋２邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ａｐｐｒｏａｃｈ逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455

【参考文献】