發(fā)布時間：2017-09-16 18:35

  本文關鍵詞：砂性隧道圍巖破壞模式離散元分析

  更多相關文章： 砂性圍巖 顆粒流理論 參數(shù)標定 灰關聯(lián)分析 BP神經(jīng)網(wǎng)絡 破壞模式 塌落拱和壓力拱

【摘要】：圍巖是隧道工程的主要研究對象。圍巖的變形破壞模式是隧道工程設計研究人員一直都重點關注的問題,其對隧道設計時圍巖荷載的確定、支護參數(shù)的選擇及施工方案的確定具有重要意義。砂性隧道圍巖主要由砂性土構成,具有松散、破碎和黏聚力低等特性。其塌落破壞具有突發(fā)性難以進行預測,且具有不可控性一旦發(fā)生災害會迅速蔓延造成巨大的工程事故。當前普遍采用的基于連續(xù)介質(zhì)理論的研究方法不再很好地適用于離散性較大的砂性隧道圍巖,因此有必要引入非連續(xù)介質(zhì)理論來研究。針對這一難題,選擇基于離散元理論的克服了小變形限制并允許巖體發(fā)生滑移和塌落的顆粒流數(shù)值軟件PFC2D。其可以模擬出土顆粒間黏結破壞引起的顆粒分離及大變形情形,幫助我們從細觀角度研究材料變形及力學特性。圍繞砂性隧道圍巖破壞模式這一主題進行研究,主要工作和成果如下：(1)基于PFC2D的雙軸試驗進行砂土PFC細觀參數(shù)試算。建立試算樣本數(shù)據(jù)庫,以期找到和砂土宏觀物理力學參數(shù)對應的PFC細觀參數(shù)。進行細觀參數(shù)對宏觀參數(shù)的影響性分析,定性分析了各個細觀參數(shù)對宏觀參數(shù)的影響。(2)對試算樣本數(shù)據(jù)庫進行灰關聯(lián)分析,建立砂土宏細觀參數(shù)之間的關聯(lián)度序列。從定量的角度給出了砂土宏觀參數(shù)對其PFC細觀參數(shù)的敏感度分析,對各個細觀參數(shù)進行分級,找出了各個宏觀參數(shù)的主細觀參數(shù)、次細觀參數(shù)和不敏感參數(shù)。(3)將BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡應用到細觀參數(shù)標定,建立并檢驗可以預測出與目標宏觀參數(shù)相對應的PFC細觀參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡。基于試算數(shù)據(jù)庫設計并訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡。經(jīng)檢驗,預測結果滿足誤差允許范圍。說明設計和訓練良好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡可以進行PFC細觀參數(shù)預測工作。(4)使用標定得到的砂土PFC細觀參數(shù)進行砂性圍巖中的隧道開挖模擬,研究其破壞模式。首先采用AC/DC方法進行模擬,設置不同的初始地層應力和側壓力系數(shù)并在開挖后進行圍巖應力監(jiān)測；然后在地層自重應力狀態(tài)下模擬隧道開挖,對比深淺埋隧道的塌落破壞過程并描繪塌落拱和壓力拱的動態(tài)發(fā)展過程。(5)砂性隧道圍巖自穩(wěn)能力差在開挖后隨即塌落,其變形破壞是一個漸進式發(fā)展的過程。圍巖初次穩(wěn)定后會在短時間內(nèi)隨著自身變形發(fā)展和應力重分布發(fā)生下一次更大范圍的變形破壞。再次穩(wěn)定后循環(huán)這一過程,圍巖不斷向更穩(wěn)定的狀態(tài)發(fā)展。在整個過程中,壓力拱的發(fā)展趨勢與塌落拱發(fā)展相協(xié)調(diào)。
【關鍵詞】：砂性圍巖 顆粒流理論 參數(shù)標定 灰關聯(lián)分析 BP神經(jīng)網(wǎng)絡 破壞模式 塌落拱和壓力拱
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U451.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 砂性圍巖的失穩(wěn)破壞特點12-13
• 1.2.2 砂性圍巖的失穩(wěn)破壞模式13-14
• 1.2.3 針對砂性圍巖破壞模式的不同研究方法14-15
• 1.2.4 PFC方法的理論及特點15-18
• 1.3 研究中存在的主要問題18-19
• 1.3.1 砂土接觸本構模型的選取及雙軸試驗參數(shù)設定18-19
• 1.3.2 PFC細觀參數(shù)與材料宏觀參數(shù)之間關系不明確19
• 1.3.3 砂性隧道圍巖破壞模式的研究角度19
• 1.4 砂土研究的主要內(nèi)容19-20
• 1.4.1 砂土的PFC細觀參數(shù)標定19-20
• 1.4.2 宏觀參數(shù)與細觀參數(shù)之間對應關系分析20
• 1.4.3 砂性隧道圍巖開挖模擬及分析20
• 1.5 論文研究的思路方法20-23
• 2 砂土細觀參數(shù)標定23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 接觸本構模型描述及選定23-27
• 2.2.1 剛度模型24
• 2.2.2 線形接觸模型24-25
• 2.2.3 滑動模型25
• 2.2.4 黏結模型25-27
• 2.3 雙軸試驗參數(shù)標定原理及過程27-33
• 2.3.1 顆粒試樣的控制參量27-29
• 2.3.2 加載方式及試驗環(huán)境29-31
• 2.3.3 模擬砂土雙軸試驗的控制參量選擇31-33
• 2.4 無黏結材料細觀參數(shù)對宏觀參數(shù)的影響分析33-41
• 2.4.1 顆粒粒徑對宏觀參數(shù)的影響33-36
• 2.4.2 顆粒接觸剛度對宏觀參數(shù)的影響36-37
• 2.4.3 顆粒法切向剛度比對宏觀參數(shù)的影響37-39
• 2.4.4 顆粒摩擦系數(shù)對宏觀參數(shù)的影響39-40
• 2.4.5 顆粒集合材料孔隙率對宏觀參數(shù)的影響40-41
• 2.5 本章小結41-43
• 3 砂土宏細觀參數(shù)關系及快捷標定方法研究43-65
• 3.1 引言43-44
• 3.2 基于灰色關聯(lián)度的宏觀參數(shù)對細觀參數(shù)的敏感性分析44-51
• 3.2.1 灰關聯(lián)分析模型原理及方法44-47
• 3.2.2 砂土宏觀參數(shù)對細觀參數(shù)的灰關聯(lián)分析47-51
• 3.3 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡標定細觀參數(shù)51-62
• 3.3.1 BP神經(jīng)元網(wǎng)絡基本原理53-57
• 3.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡設計原則57-59
• 3.3.3 BP神經(jīng)元網(wǎng)絡標定細觀參數(shù)59-62
• 3.4 本章小結62-65
• 4 砂性隧道圍巖破壞模式離散元分析65-89
• 4.1 引言65
• 4.2 AC/DC方法介紹65-66
• 4.3 隧道開挖模擬思路66-67
• 4.4 測量圈半徑的選擇67-70
• 4.5 AC/DC方法隧道開挖模擬及應力監(jiān)測70-78
• 4.5.1 不同初始應力下的圍巖應力變化70-74
• 4.5.2 不同側壓力系數(shù)下的圍巖應力變化及位移場74-78
• 4.6 地層自重應力狀態(tài)下隧道開挖模擬78-86
• 4.6.1 淺埋和深埋隧道塌落破壞動態(tài)分析79-83
• 4.6.2 砂性圍巖深埋隧道塌落拱與壓力拱動態(tài)分析83-86
• 4.7 本章小結86-89
• 5 結論與展望89-91
• 5.1 主要結論89-90
• 5.2 論文創(chuàng)新點90
• 5.3 展望90-91
• 參考文獻91-95
• 作者簡歷95-99
• 學位論文數(shù)據(jù)集99

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