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原文传递充水溶洞对隧道结构应力变形的影响及治理研究

论文题名：	充水溶洞对隧道结构应力变形的影响及治理研究
关键词：	地铁隧道;变形位移;数值模拟;神经网络
摘要：	隧道作为交通运输线上的工程结构物，具有良好的社会和经济效益，具有克服地形障碍、缩短里程、减少植被破坏与用地、疏导交通等作用。我国幅员辽阔，地形地貌差异较大且较为复杂，因此，隧道在我国铁路、公路和城市轨道交通领域应用十分广泛。其中，随着我国经济社会发展和城市规模快速增加，城市地铁交通方式的应用亦愈发广泛。　　另一方面，隧道作为构筑于地下环境的人工构造物，受到地质条件的直接作用。诸如溶岩溶洞等不良地质条件可使得隧道工程质量下降，甚至酿成工程事故。其中，溶洞可使得地铁隧道产生不平顺、噪音、有害振动和列车脱轨。我国地质条件复杂，地质灾害多发，其中对隧道危害较大的溶岩溶洞不良地质条件在我国分布较广。因此，研究溶洞对地铁隧道性能的影响规律与治理方法对于地铁隧道维护具有重要意义。　　本文选择有限元数值计算方法作为本文的研究方法，并使用在地下工程领域应用较为广泛的ABAQUS有限元计算分析软件作为研究方法的实现工具。论文主要研究内容包括：　　（1）选取一溶洞多发地区的地铁隧道工程实例作为本文研究对象，并依据工程具体情况与相关研究成果对其进行合理简化并构造有限元计算模型。　　（2）设计有限元计算算例，使用ABAQUS分别计算在不同位置出现不同大小的溶洞时，隧道结构性能所受到的影响。由于溶洞对隧道中轨道平顺的不利影响较为严重，故选取隧道底部竖向变形与变形影响范围作为主要关注结果，分析不同溶洞位置、大小特征对隧道平顺性的影响特征和规律。　　（3）基于有限元计算结果，使用神经网络算法拟合有限元计算结果。使用训练所得神经网络可得到研究范围内，任意位置出现任意大小溶洞时，隧道底部变形量与变形影响范围。该结果可为地铁隧道快速便捷的评价溶洞对隧道的不利影响和进一步治理方案的选取提供可靠依据。　　（4）依据各治理方法的技术特点及其针对本文所研究工程实例的适用性，针对本文研究范围内的小型溶洞选取填充治理方法作为治理方法。分别研究该种溶洞治理方法的五种不同填充方案的治理效果，并通过相应计算结果选取较优治理方案。　　本文通过以上所做工作得出了研究范围内溶洞大小与位置对隧道不平顺性的影响规律，并使用神经网络算法对有限元模拟结果进行正演拟合分析，可以得出研究范围内不同位置与大小的溶洞存在时，隧道底部变形量与变形影响范围。目前在对地下隧道工程的研究分析中，鲜有学者采用有限元与神经网络相结合的分析方法，通过神经网络法分析溶洞对地下隧道工程的影响可应用于实际工程中的快速便捷得到溶洞对隧道结构平顺性的影响大小，工程技术人员可快速判断出危害程度，同时本文提出了针对小型充水溶洞的治理方案，对比分析对比几种治理方案，亦得到了对工程实践具有良好指导性作用的治理方案选取原则。
作者：	李晓威
专业：	水利水电工程
导师：	燕乔
授予学位：	硕士
授予学位单位：	三峡大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文