發(fā)布時間：2018-07-14 17:57

【摘要】：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國修建了大量的鐵路和公路,隧道等地下結構建設面臨著巨大的機遇與挑戰(zhàn)。地下工程所賦存地質體的物理力學參數(shù)對隧道工程的設計、施工和力學分析有著重要意義,關系到地下工程的安全性和經(jīng)濟性。然而由于地下環(huán)境的復雜性,使得這些重要的物理力學參數(shù)難以確定。為解決這一問題,本文以籃家?guī)r隧道洞口段為研究對象,研究了基于MEABP神經(jīng)網(wǎng)絡的位移反分析方法并將反演得到的圍巖參數(shù)用于主洞隧道施工數(shù)值模擬,分析了隧道施工中圍巖-支護結構位移和應力特點,研究了隧道變形的全過程曲線和隧道洞壁各測點位移釋放率隨時間和位置的關系。本文主要研究內(nèi)容和成果有以下幾個方面:(1)對平行導洞監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析,并對隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定值進行預測。在隧道開挖空間效應的基礎上,根據(jù)前人研究,參考山東大學李術才對Ⅴ級圍巖上下臺階法開挖后釋放率計算值,以平導PDK51+326斷面為例計算了隧道測點的真實變形量。(2)針對BP神經(jīng)網(wǎng)絡的缺陷采用思維進化算法優(yōu)化BP網(wǎng)絡,根據(jù)正交試驗方案采用FLAC2D對平導洞正算構建位移反分析樣本集,通過學習訓練建立基于MEABP神經(jīng)網(wǎng)絡的位移反分析系統(tǒng),并輸入計算的真實變形量反演出該段隧道的圍巖參數(shù)。(3)根據(jù)平行導洞反演的圍巖參數(shù)正算主洞隧道施工,并對K51+310斷面在上下臺階開挖后的位移和應力分析,得出了隧道施工中該斷面的位移和應力分布規(guī)律。(4)根據(jù)主洞施工中拱頂、拱腰、拱腳以及它們中間部位的水平和豎向位移全過程曲線變化,分析了其變化趨勢及原因,發(fā)現(xiàn)上下臺階法施工的隧道,洞壁各關鍵部位豎向位移變化受下臺階開挖影響比水平位移受的影響小。(5)根據(jù)數(shù)值模擬中對K51+326斷面的記錄,研究了隧道洞壁各關鍵部位(拱頂、拱腰、拱腳和它們的中間部位)的位移和位移釋放率隨時間的變化曲線,得出了以下結論:靠近拱頂部位的位移釋放率普遍偏大,沿著洞壁從拱頂?shù)焦澳_位移和位移釋逐漸減小,拱腳處達到最小;測點位置固定時,測點位移及釋放率隨時間大致符合S曲線;時間固定時,各關鍵部位測點位移和位移釋放率大致關于測點位置與豎向的夾角呈二次拋物線關系;由于研究問題的特殊性,將位移釋放率函數(shù)簡化為關于測點位置與豎向夾角?和時間t的二元函數(shù),采用多元回歸得出表達式。對比擬合誤差,發(fā)現(xiàn)該函數(shù)在t?0附近區(qū)域有少量誤差,在t?0區(qū)域且稍遠離t?0的區(qū)域誤差較小,回歸效果較好。(6)最后根據(jù)已研究的位移釋放率的變化規(guī)律,結合K51+326斷面實測拱頂沉降序列,采用S型曲線對實測序列進行修正,得出了隧道施工斷面變形的全過程曲線表達式。
[Abstract]:With the rapid development of national economy, China has built a large number of railways, highways, tunnels and other underground structure construction is facing enormous opportunities and challenges. The physical and mechanical parameters of geological bodies in underground engineering are of great significance to the design, construction and mechanical analysis of tunnel engineering, and are related to the safety and economy of underground engineering. However, due to the complexity of underground environment, these important physical and mechanical parameters are difficult to determine. In order to solve this problem, the displacement back analysis method based on MEABP neural network is studied in this paper, and the parameters of surrounding rock are used to simulate the construction of main tunnel. The characteristics of displacement and stress of surrounding rock support structure in tunnel construction are analyzed. The relationship between displacement release rate and time and position of tunnel wall is studied. The main contents and results of this paper are as follows: (1) regression analysis of monitoring data of parallel guide holes and prediction of the stability of tunnel monitoring data. On the basis of the spatial effect of tunnel excavation, according to the previous studies and referring to Li Gongcai of Shandong University, we calculated the release rate of class V surrounding rock after excavation with the upper and lower step method. Taking section PDK51 326 as an example, the true deformation of tunnel measuring points is calculated. (2) to solve the defects of BP neural network, the thought evolution algorithm is used to optimize BP network. According to the orthogonal test scheme, FLAC2D is used to construct the sample set of displacement and back analysis. The displacement back analysis system based on MEABP neural network is established by learning and training, and the parameters of surrounding rock of this section of tunnel are inputted and calculated. (3) the construction of main tunnel is directly calculated according to the parameters of surrounding rock inversed by parallel guide tunnel. Based on the analysis of displacement and stress of K51 310 section after excavation of upper and lower steps, the law of displacement and stress distribution of this section in tunnel construction is obtained. (4) according to the arch top and waist in the construction of main tunnel, The whole process curve of horizontal and vertical displacement of arch foot and its middle part is changed. The change trend and reason are analyzed, and the tunnel constructed by upper and lower step method is found. The variation of vertical displacement in every key part of tunnel wall is less affected by lower step excavation than horizontal displacement. (5) according to the records of K51 326 section in numerical simulation, the key parts of tunnel wall (arch roof, arch waist) are studied. The displacement and displacement release rate of arch foot and their middle part) change with time. The following conclusions are drawn: the displacement release rate near arch top is generally larger, and the displacement and displacement release decrease gradually along the wall from arch top to arch foot. When the measuring point position is fixed, the displacement and release rate of the measuring point approximately accord with S curve with time, and when the time is fixed, The displacement and displacement release rate of each key position is about the quadratic parabola relation between the measuring point position and the vertical angle, because of the particularity of the research problem, the displacement release rate function is simplified to be about the measuring point position and the vertical angle? And the binary function of time t, the expression is obtained by multivariate regression. By comparing the fitting error, it is found that the function has a little error in the region near t0, a small error in the region of t0 and a little distance from t0, and a good regression effect. (6) finally, according to the variation of displacement release rate, Combined with the measured dome settlement sequence of section K51 326, the S-shaped curve is used to modify the measured sequence, and the whole process curve expression of section deformation in tunnel construction is obtained.
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U452.12;U455.4

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本文編號：2122500