基于加速度的地下洞室稳定性分析方法的改进与应用

论文摘要

当今世界,随着地上土地资源的使用日趋饱和,各个国家纷纷将工程建设重心转向地下空间资源的开发和利用。为了保证在开发地下空间过程中的安全性,地下工程的稳定性分析工作十分重要,然而现有的方法如工程地质类比法、数值模拟方法,大多存在着经验性强、判断标准不一致等问题。针对以上问题,有关学者提出了基于加速度的方法分析地下洞室稳定性,通过直观给出数值来判断洞室是否失稳,是一种定量分析方法。但由于这种方法刚刚提出,仍存在着假设条件过多等问题,本文即通过采用一些手段和算法,来初步完善以上基于加速度计算的地下洞室稳定性分析方法。论文的主要研究工作及成果如下:(1)提出一套确定围岩潜在破坏面应力的方法:建立有限元计算模型,获取洞室围岩应力值;通过搜索判断洞室破坏面条分块体中点与计算模型网格位置关系,确定条分体中点应力值。根据地下洞室潜在破坏面安全系数计算公式求解洞室围岩所对应潜在破坏面的安全系数。(2)提出一种构造潜在破坏面的新方法,该方法控制变量较少,保证了在搜索具有最小安全系数的破坏面过程中具有较高的计算效率。(3)结合遗传算法、杂草算法以及生物地理优化算法提出一种类比坡面细沟侵蚀的仿生优化算法,该算法相比前文提到的三种算法具有更高的优化效果和优化精度。(4)利用获取围岩应力值的手段、计算安全系数的方法以及优化算法,通过Matlab编程实现搜索洞室围岩最小安全系数及其对应的潜在破坏面。并以不同围岩强度圆形洞室、支护条件下圆形洞室作为算例进行稳定性分析,研究其安全系数及其在围岩中的空间分布规律,并与点安全系数法计算得到的结果进行比较,验证本文提出方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 引言
•   1.1 选题背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 地下洞室稳定性分析研究现状
•     1.2.2 仿生优化算法研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 计算加速度及安全系数方法
•   2.1 假设条件及概化模型
•   2.2 加速度计算方法
•     2.2.1 基于有限元的地下洞室围岩应力求解
•     2.2.2 加速度计算原理
•     2.2.3 加速度计算步骤
•   2.3 基于加速度的安全系数计算方法
•   2.4 本章小结
• 3 最小安全系数的搜索方法
•   3.1 坡面侵蚀算法基本思想及原理
•     3.1.1 算法描述
•     3.1.2 算法要点
•   3.2 坡面侵蚀算法实现步骤
•   3.3 优化效果评价
•   3.4 本章小结
• 4 程序实现
•   4.1 洞室信息输入
•   4.2 潜在破坏面的构造
•   4.3 坡面侵蚀算法参数取值
•     4.3.1 坡面侵蚀算法参数输入
•     4.3.2 围岩应力值的获取
•   4.4 计算安全系数
•   4.5 绘制等值线
•   4.6 本章小结
• 5 算例分析
•   5.1 典型圆形洞室算例分析及验证
•     5.1.1 极坐标折线法构造破坏面搜索最小安全系数
•     5.1.2 函数曲线法构造破坏面搜索最小安全系数
•     5.1.3 两种破坏面构造方法的比较
•   5.2 与点安全系数法计算结果对比
•     5.2.1 点安全系数方法简介
•     5.2.2 点安全系数法洞室稳定性分析结果
•     5.2.3 结果对比与验证
•   5.3 不同强度围岩圆形洞室算例分析
•   5.4 支护条件下圆形洞室算例分析
•   5.5 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 :攻读硕士学位期间所发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 牛键

导师: 张彬,介玉新

关键词: 地下洞室,稳定分析,安全系数,优化算法

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: TU45

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000989

总页数: 69

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