本文關(guān)鍵詞：砂性隧道圍巖破壞模式離散元分析

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【摘要】：圍巖是隧道工程的主要研究對(duì)象。圍巖的變形破壞模式是隧道工程設(shè)計(jì)研究人員一直都重點(diǎn)關(guān)注的問題,其對(duì)隧道設(shè)計(jì)時(shí)圍巖荷載的確定、支護(hù)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(gòu)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(jìn)行預(yù)測(cè),且具有不可控性一旦發(fā)生災(zāi)害會(huì)迅速蔓延造成巨大的工程事故。當(dāng)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(duì)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(jié)破壞引起的顆粒分離及大變形情形,幫助我們從細(xì)觀角度研究材料變形及力學(xué)特性。圍繞砂性隧道圍巖破壞模式這一主題進(jìn)行研究,主要工作和成果如下：(1)基于PFC2D的雙軸試驗(yàn)進(jìn)行砂土PFC細(xì)觀參數(shù)試算。建立試算樣本數(shù)據(jù)庫(kù),以期找到和砂土宏觀物理力學(xué)參數(shù)對(duì)應(yīng)的PFC細(xì)觀參數(shù)。進(jìn)行細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響性分析,定性分析了各個(gè)細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響。(2)對(duì)試算樣本數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析,建立砂土宏細(xì)觀參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度序列。從定量的角度給出了砂土宏觀參數(shù)對(duì)其PFC細(xì)觀參數(shù)的敏感度分析,對(duì)各個(gè)細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行分級(jí),找出了各個(gè)宏觀參數(shù)的主細(xì)觀參數(shù)、次細(xì)觀參數(shù)和不敏感參數(shù)。(3)將BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定,建立并檢驗(yàn)可以預(yù)測(cè)出與目標(biāo)宏觀參數(shù)相對(duì)應(yīng)的PFC細(xì)觀參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)�；谠囁銛�(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)并訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)檢驗(yàn),預(yù)測(cè)結(jié)果滿足誤差允許范圍。說明設(shè)計(jì)和訓(xùn)練良好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行PFC細(xì)觀參數(shù)預(yù)測(cè)工作。(4)使用標(biāo)定得到的砂土PFC細(xì)觀參數(shù)進(jìn)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(jìn)行模擬,設(shè)置不同的初始地層應(yīng)力和側(cè)壓力系數(shù)并在開挖后進(jìn)行圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)；然后在地層自重應(yīng)力狀態(tài)下模擬隧道開挖,對(duì)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(dòng)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(gè)漸進(jìn)式發(fā)展的過程。圍巖初次穩(wěn)定后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)隨著自身變形發(fā)展和應(yīng)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(gè)過程中,壓力拱的發(fā)展趨勢(shì)與塌落拱發(fā)展相協(xié)調(diào)。
【關(guān)鍵詞】：砂性圍巖 顆粒流理論 參數(shù)標(biāo)定 灰關(guān)聯(lián)分析 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 破壞模式 塌落拱和壓力拱
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)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(diǎn)12-13
• 1.2.2 砂性圍巖的失穩(wěn)破壞模式13-14
• 1.2.3 針對(duì)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(diǎn)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(gòu)模型的選取及雙軸試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定18-19
• 1.3.2 PFC細(xì)觀參數(shù)與材料宏觀參數(shù)之間關(guān)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(xì)觀參數(shù)標(biāo)定19-20
• 1.4.2 宏觀參數(shù)與細(xì)觀參數(shù)之間對(duì)應(yīng)關(guān)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(xì)觀參數(shù)標(biāo)定23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 接觸本構(gòu)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(dòng)模型25
• 2.2.4 黏結(jié)模型25-27
• 2.3 雙軸試驗(yàn)參數(shù)標(biāo)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(yàn)環(huán)境29-31
• 2.3.3 模擬砂土雙軸試驗(yàn)的控制參量選擇31-33
• 2.4 無黏結(jié)材料細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響分析33-41
• 2.4.1 顆粒粒徑對(duì)宏觀參數(shù)的影響33-36
• 2.4.2 顆粒接觸剛度對(duì)宏觀參數(shù)的影響36-37
• 2.4.3 顆粒法切向剛度比對(duì)宏觀參數(shù)的影響37-39
• 2.4.4 顆粒摩擦系數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響39-40
• 2.4.5 顆粒集合材料孔隙率對(duì)宏觀參數(shù)的影響40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 3 砂土宏細(xì)觀參數(shù)關(guān)系及快捷標(biāo)定方法研究43-65
• 3.1 引言43-44
• 3.2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的宏觀參數(shù)對(duì)細(xì)觀參數(shù)的敏感性分析44-51
• 3.2.1 灰關(guān)聯(lián)分析模型原理及方法44-47
• 3.2.2 砂土宏觀參數(shù)對(duì)細(xì)觀參數(shù)的灰關(guān)聯(lián)分析47-51
• 3.3 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)標(biāo)定細(xì)觀參數(shù)51-62
• 3.3.1 BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)基本原理53-57
• 3.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則57-59
• 3.3.3 BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)標(biāo)定細(xì)觀參數(shù)59-62
• 3.4 本章小結(jié)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(cè)量圈半徑的選擇67-70
• 4.5 AC/DC方法隧道開挖模擬及應(yīng)力監(jiān)測(cè)70-78
• 4.5.1 不同初始應(yīng)力下的圍巖應(yīng)力變化70-74
• 4.5.2 不同側(cè)壓力系數(shù)下的圍巖應(yīng)力變化及位移場(chǎng)74-78
• 4.6 地層自重應(yīng)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(dòng)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(dòng)態(tài)分析83-86
• 4.7 本章小結(jié)86-89
• 5 結(jié)論與展望89-91
• 5.1 主要結(jié)論89-90
• 5.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)90
• 5.3 展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 作者簡(jiǎn)歷95-99
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集99

【相似文獻(xiàn)】

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