深埋隧洞支护断面形状优化

发布时间：2017-09-28 22:13

  本文关键词：深埋隧洞支护断面形状优化

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【摘要】：在国防、水电、矿山、交通等工程领域,隧洞是一种应用十分广泛的地下工程结构。隧洞的稳定性与隧洞开挖的断面形状紧密相关,合理的断面形状可以改善地下隧洞的受力状态,充分发挥围岩的自撑能力,以利于地下工程的维护。在实际的工程建设中,选定了隧洞的轴线之后,初始地应力场和围岩介质的力学参数是基本不变的,设计时只能不断地调整洞室断面的几何形态以改善围岩的应力分布和稳定性,这就产生了优化隧洞断面形状的问题。隧洞形状优化是一个重要的研究课题,以往曾有较多的研究。但是,以往对孔形优化的研究都没有考虑隧洞支护的存在,其实际的工程意义可能会大打折扣。因为在原岩地应力很大的情况下,即使形状再好的隧洞断面,也不一定能保证其围岩介质免遭破坏。而支护可以对隧洞孔边提供径向力,支撑围岩并改变其应力场,起到使隧洞孔边切向应力减小的作用。因此要避免由于围岩被破坏而影响隧洞的稳定,就应对开挖的隧洞作适当的支护。本文在考虑隧洞支护作用的情况下,采用平面线弹性的问题假定,并满足隧洞尺寸及其他相关要求,选取使支护内边界上的切向应力最小的优化准则,在支护与围岩为光滑接触和完全接触两种情况下,寻求最优的支护断面形状。寻优过程是解决一类几何反问题的过程,相应的正问题运用平面弹性复变函数中的保角变换方法进行求解。寻优时,支护内边界的切向应力即为优化的目标函数,映射函数系数为设计变量。选用数学中的混合罚函数方法求解目标函数的极小值,可以获得能满足给定约束条件的最优支护断面形状。所得最优断面的内边界可以达到最小的应力集中,从而使隧洞衬砌的应力状态得到最大限度地改善。
【关键词】：隧道工程 衬砌断面优化 保角变换 混合罚函数法
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U455.7;TV554
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义12-13
• 1.2 本文的研究思路与内容13-16
• 1.2.1 技术路线13-14
• 1.2.2 研究内容14-16
• 第2章 确定隧洞最优支护断面形状的基本原理16-37
• 2.1 引言16
• 2.2 最优化理论简介16-29
• 2.2.1 最优化理论的发展16-17
• 2.2.2 非线性约束规划基本介绍17-18
• 2.2.3 混合罚函数法简介18-29
• 2.3 Fortran语言简介29-30
• 2.4 隧洞支护断面形状优化原理30-37
• 2.4.1 隧洞断面形状优化的过程30-31
• 2.4.2 完全接触情况下正问题的求解过程31-33
• 2.4.3 光滑接触情况下正问题的求解过程33-34
• 2.4.4 寻优时的约束条件34-37
• 第3章 完全接触情况下支护断面形状优化37-44
• 3.1 只限定隧洞净空宽度W时的断面优化37-39
• 3.2 隧洞净空高度H和宽度W均被限定时的断面优化39-42
• 3.3 位移释放系数η不同情况下的断面优化42-44
• 3.3.1 只限定隧洞净空宽度W时的支护断面形状优化42
• 3.3.2 同时限定隧洞净空宽度W和高度H时的支护断面形状优化42-44
• 第4章 光滑接触情况下支护断面形状优化44-51
• 4.1 只限定隧洞净空宽度W时的断面优化44-46
• 4.2 隧洞净空高度H和宽度W均被限定时的断面优化46-48
• 4.3 位移释放系数η不同情况下的断面优化48-51
• 4.3.1 只限定隧洞净空宽度W时的支护断面形状优化49
• 4.3.2 同时限定隧洞净空宽度W和高度H时的支护断面形状优化49-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 5.1 主要结论51-52
• 5.2 进一步研究的建议52-53
• 参考文献53-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-58
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作58-59
• 致谢59-60
• 作者简介60

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 焦春茂;赵春风;张征;石振明;;遗传积分型本构方程的两种推演方法及比较[J];地下空间与工程学报;2008年01期

2 蔡晓鸿;蔡勇斌;蔡勇平;甘晓荣;孙富学;;二向不等围压和内压作用下椭圆形洞室的计算[J];地下空间与工程学报;2008年03期

3 董春亮;卢小雨;;拉压模量不同厚壁圆筒轴对称问题应力分析[J];河南城建学院学报;2012年01期

4 陈鹏;杨小礼;黄阜;;浅埋三孔隧道围岩位移场解析解研究[J];铁道科学与工程学报;2011年01期

5 吕凡任;;软岩巷道支护蠕变分析[J];东北煤炭技术;2000年02期

6 朱卓慧;赵延林;徐燕飞;孙小康;;八种典型岩石力学流变组合模型的教学研究[J];当代教育理论与实践;2011年06期

7 鲁嘉;赵春风;刘福天;李尚飞;;钻孔灌注桩成孔卸荷时效性理论研究[J];低温建筑技术;2009年02期

8 陈继忠;;提高U型钢巷道支护—围岩结构承载特性的补偿原理及工程应用[J];矿业安全与环保;2010年03期

9 吴庆良;吕爱钟;;一类非均布荷载作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解[J];工程力学;2011年06期

10 王华宁;曹志远;;无限粘弹性平面中孔洞扩展的时变力学解析解[J];固体力学学报;2006年03期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 郭佳奇;岩溶隧道防突厚度及突水机制研究[D];北京交通大学;2011年

2 彭念;原位扩建隧道围岩力学响应机理研究[D];重庆大学;2010年

3 郭子红;地下立交近接隧道稳定性的理论分析与模拟研究[D];重庆大学;2010年

4 张志增;横观各向同性岩体位移反分析的理论与应用研究[D];清华大学;2010年

5 孟英峰;泥页岩水化反应的系统仿真技术及其在油气田开发领域中的应用[D];西南石油学院;2002年

6 吴士良;对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律[D];山东科技大学;2002年

7 杨增夫;煤矿重大事故预测和控制的岩层动力信息基础的研究[D];山东科技大学;2003年

8 李攀峰;大型地下洞室群围岩稳定性工程地质研究[D];成都理工大学;2004年

9 陈沅江;岩石流变的本构模型及其智能辨识研究[D];中南大学;2003年

10 王桂林;岩石洞室地基稳定性研究[D];重庆大学;2004年

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1 刘武麟;临近断层回采巷道围岩变形特征及支护技术研究[D];山东科技大学;2010年

2 张功;基于强度折减法的隧洞群稳定性分析[D];南昌大学;2010年

3 贾伟;佛岭隧道破碎带围岩蠕变变形规律研究[D];北京交通大学;2011年

4 王建钧;水平定向钻孔应力—应变及失稳机理研究[D];昆明理工大学;2008年

5 杜飞翔;糯扎渡水电站大跨度高边墙地下厂房围岩稳定性研究[D];昆明理工大学;2009年

6 杨峰;惠州地下水封储油洞库群围岩稳定性分析与评价[D];中国地质大学（北京）;2011年

7 赵晨;采空区下隧道安全稳定性评价及数值模拟分析[D];太原理工大学;2011年

8 李文桦;佛岭隧道衬砌结构耐久性研究[D];北京交通大学;2011年

9 陈鹏;平行三孔小净距隧道相互影响分析及围岩稳定性研究[D];中南大学;2011年

10 李娜;自然与饱水状态下金川二矿区深部岩石流变特性分析[D];中南大学;2011年

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本文编号：938353