原文传递
软岩隧道粘弹性力学响应及支护耦合作用研究
| 论文题名： | 软岩隧道粘弹性力学响应及支护耦合作用研究 |
| 关键词： | 软岩隧道;粘弹性围岩;纵向变形曲线;虚拟支护力;高地应力 |
| 摘要： | 随着西南地区快速发展，高地应力软弱围岩成为隧道建设的主要难题之一。由于软岩在高地应力环境下具有较强的蠕变特性，隧道施工带来的空间效应的影响不可忽略，流变理论结合空间效应被用于研究高地应力软岩与支护的作用机理。因此本文综合采用数值模拟、理论分析等手段，从支护-围岩协同变形机理出发，分析粘弹性围岩隧道掘进过程中的时空效应，对粘弹性围岩中隧道支护-围岩相互作用的时效特性进行了研究，主要开展工作与研究成果如下： （1）提出了粘弹性围岩位移释放系数预测公式，揭示了粘弹性围岩纵向位移变形的时空特性。本文基于围岩时空动态演化本质特征探究了围岩不同力学参数对纵向变形曲线的影响，将其分为三种类型：主要受空间效应影响、时空效应共同影响、主要受时间效应影响，提出了粘弹性围岩位移释放系数预测公式。 （2）提出了粘弹性围岩自承载能力的虚拟支护力求解方法，揭示了粘弹性围岩的虚拟支护力时空演化规律，得出了粘弹性围岩的虚拟支护力经验公式。以弹性围岩虚拟支护力解与粘弹性围岩纵向变形曲线为基础，通过Laplace变换求解粘弹性虚拟支护力解。通过对不同影响参数进行讨论分析，隧道掘进速度是虚拟支护力的主要影响因素。当开挖速度足够慢时，时间效应对虚拟支护力的影响可忽略不计。当开挖速度较快时，虚拟支护力受到时间效应与空间效应共同影响，且需通过围岩特性曲线耦合求解。本文给出三组虚拟支护力的经验公式以供使用。 （3）建立了基于粘弹性本构的围岩-预应力锚杆-混凝土支护相互作用解析力学模型，获得了快速求解粘弹性围岩与弹性锚杆、粘弹性混凝土衬砌作用的求解方法。基于“分布力模型”简化锚杆物理特性，结合弹性-粘弹性对应原理，建立了基于粘弹性本构模型的围岩-预应力锚杆-混凝土支护相互作用解析力学模型，获得了快速求解粘弹性围岩与弹性锚杆、粘弹性混凝土衬砌力学响应的求解方法，并探究了不同施工参数在不同阶段对隧道施工力学响应的敏感性。 （4）建立了基于遗传算法的隧道支护参数优化模型，获得了基于多目标优化理论的支护结构体系设计方法。以施工参数为优化参数，隧道施工力学响应和建设成本为目标建立了遗传算法模型，获得了粘弹性围岩隧道支护的遗传算法求解方法。通过蒙特卡洛法、CRITIC法、TOPSIS法建立客观综合评价模型，以均值、变异系数、鲁棒性为评价指标，提出了粘弹性隧道支护参数理论优化方法。 |
| 作者： | 孟令赞 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张顶立 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
检索历史
应用推荐
