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基于持续同调的爆炸载荷作用下隧道破坏过程研究
| 论文题名： | 基于持续同调的爆炸载荷作用下隧道破坏过程研究 |
| 关键词： | 隧道工程;爆炸载荷;持续同调;离散元;破坏特征 |
| 摘要： | 隧道工程领域近些年来迅速发展，给人们带来了极大的交通便利，同时隧道施工以及运营期间的安全性也越来越引起人们的重视，意外爆炸、恐怖袭击等爆炸对隧道破坏可能造成比较严重的惨剧。目前隧道受爆炸冲击波影响研究大多是内爆源对隧道的影响，外爆源对隧道影响的研究相对较少，因此，研究隧道在外爆源载荷作用下的破坏特征对于防护工程设计和评估具有重要意义，尤其发展适应爆炸载荷作用下隧道安全预警方法。 本文以重庆五路口隧道工程为依托，采用离散元法建立隧道力学模型，运用圣维南载荷等效原理将爆炸载荷看作一系列均匀作用在地表的动力，基于离散元法得到同一隧道受多次爆炸载荷、不同埋深隧道受单次爆炸载荷、不同围岩等级隧道受单次爆炸载荷作用的动力响应和隧道围岩破坏过程，并利用强度折减法得出多次爆炸载荷作用下隧道围岩的安全系数。最后引入持续同调理论，采用持续同调的数学方法对离散元模型同一隧道受多次爆炸载荷、不同埋深隧道受单次爆炸载荷、不同围岩等级隧道受单次爆炸载荷作用后破坏特征进行定量与定性分析。 结果表明，持续同调能准确反映隧道围岩破坏过程的拓扑特征。（1）对于同一隧道受到多次爆炸载荷作用：当一维条形码的最大连通半径突破隧道剪切极限对应的值，隧道即失稳破坏，即一维条形码连通半径最大值能对隧道失稳进行有效预警；（2）不同埋深隧道受单次爆炸载荷作用：隧道埋深越深，一维贝蒂数的?最大值越大，拱顶位移与隧道围岩模型最大位移越小，?最大值大小与不同埋深隧道破坏程度呈负相关；（3）不同围岩等级隧道受单次爆炸载荷作用：围岩等级越高，一维贝蒂数的?最大值越小，围岩的拱顶位移与模型最大位移越大，受到破坏作用也越大，即?最大值大小与隧道围岩破坏程度呈反比。 本文利用了持续同调在描述几何、结构与拓扑的优势，结合离散元法在处理隧道工程时离散化求解的特点，对隧道围岩在爆炸载荷作用下的破坏特征进行研究，这为隧道安全设计与灾害预报研究提供了一种全新的数学研究方法，同时持续同调计算的高精准性以及和人工智能的紧密联系，可以使隧道工程的安全性研究的计算成本降低。 |
| 作者： | 刘小飞 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 游世辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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