某地下厂房的初始地应力场反演及围岩稳定性分析

发布时间：2017-09-28 13:37

  本文关键词：某地下厂房的初始地应力场反演及围岩稳定性分析

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【摘要】：初始地应力反映了在岩土工程开挖施工前,地层中存在的天然应力状况。它不但是影响岩体力学性质的重要因素,而且是产生岩土开挖变形以及破坏的作用力。确定初始地应力场,对于地下洞室、工程边坡以及地基岩体的稳定性分析至关重要,尤其在大型岩土工程建设中,获得的初始地应力场能否反映真实情况,将直接关系到工程设计与施工的可靠性和安全性。因此如何合理地模拟岩体初始地应力场历来是岩土力学的一个重要课题。初始地应力场的成因和影响因素比较复杂,包括自重作用、地质构造作用,地形、地势、断层、裂隙,地质力学参数等因素。大量工程实践表明,地质构造与自重作用是岩体地应力场形成最为主要的因素,因此可以将初始地应力场看成是自重应力场和构造应力场两部分的叠加。本文所采用的初始地应力场反演方法主要是针对构造应力场,适用于构造应力随深度线性变化的情况。本文根据地应力场分布规律以及现阶段初始地应力的反演方法,在系统分析和总结前人研究成果的基础上,考虑岩体地应力场的形成因素以及厂房区地形地貌的影响,提出了一种岩体初始应力场反演方法,该方法利用响应面法(RSM)和有限元数值方法(FEM),建立了开挖变形以及岩体力学参数之间的非线性映射关系。以白山抽水蓄能泵站地下厂房为例,通过定义反问题的目标函数,将初始地应力场的反演问题转化为优化问题,最后通过遗传算法(GA)进行最优化计算确定了岩体中的初始构造应力。通过地下厂房开挖位移的观测值与预测值之间的对比,验证了这种方法的有效性。基于初始地应力场反演结果以及部分岩体力学参数的实测值,利用有限元软件ABAQUS在有支护和无支护两种工况下,对白山抽水蓄能泵站地下厂房的开挖过程进行了数值模拟,结果表明地下厂房开挖过程中采取的支护方案对于位移的约束不明显,但能够有效的控制塑性区域的扩展。
【关键词】：初始地应力反演 遗传算法 响应面法 围岩稳定性分析 侧压力系数
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV223.1;TV731.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 问题的提出及研究意义8
• 1.2 初始地应力场的成因以及影响因素8-11
• 1.2.1 地形对地应力的影响9
• 1.2.2 地表剥蚀现象对于地应力分布的影响9-10
• 1.2.3 岩浆的活动对地应力的影响10
• 1.2.4 地质构造作用对地应力分布的影响10-11
• 1.2.5 岩石力学性质对地应力的影响11
• 1.2.6 温度以及地下水对地应力的影响11
• 1.3 初始地应力场的基本分布规律11-12
• 1.4 反演初始地应力场的基本方法12-16
• 1.4.1 应力反分析方法13-16
• 1.4.2 位移反分析方法16
• 1.5 响应面法(RSM)的研究及应用16-17
• 1.6 遗传算法的研究概况17-20
• 2 白山抽水蓄能泵站地下厂房开挖的有限元数值模拟20-29
• 2.1 地下洞室开挖的数值模拟基本方法20-24
• 2.1.1 应力反转释放法20-21
• 2.1.2 地应力自动释放法21-22
• 2.1.3 释放荷载的确定22-23
• 2.1.4 应力释放率23-24
• 2.2 白山抽水蓄能泵站地下厂房开挖模拟24-28
• 2.2.1 工程概况24-25
• 2.2.2 地下厂房有限元模型及计算参数25-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 用于初始应力反演的响应面法(RSM)29-34
• 3.1 白山地下厂房响应面函数建立29-30
• 3.2 确定响应面函数中的未知系数30-33
• 3.3 本章小结33-34
• 4 基于遗传算法的初始地应力场反演34-45
• 4.1 遗传算法的数学基础34-36
• 4.1.1 模式定理34-36
• 4.1.2 积木块假设36
• 4.1.4 收敛准则36
• 4.2 遗传算法的实现36-40
• 4.2.1 遗传编码和解码36-37
• 4.2.3 适应度函数37-38
• 4.2.4 遗传算子38-40
• 4.3 利用遗传算法反演初始地应力场40-41
• 4.4 计算结果分析41-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5 白山抽水蓄能栗站地下厂房的围岩稳定性分析45-58
• 5.1 围岩的强度理论45-47
• 5.1.1 D-P屈服准则45-46
• 5.1.2 莫尔库伦屈服准则46-47
• 5.2 围岩的破坏机理47
• 5.3 围岩稳定性的判断依据47-48
• 5.3.1 围岩变形量的判定方法48
• 5.3.2 围岩强度判定方法48
• 5.4 基于ABAQUS的地下厂房围岩稳定性分析48-57
• 5.4.1 有限元计算结果分析49-57
• 5.5 本章小结57-58
• 结论与展望58-59
• 参考文献59-65
• 附录A 用于初始地应力场反演的响应面系数65-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

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1 岑成汉;地下厂房区初始地应力反演回归分析[D];河海大学;2007年

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本文编号：936154