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软岩隧道锚二次衬砌施作时机及其长期稳定性研究
| 论文题名： | 软岩隧道锚二次衬砌施作时机及其长期稳定性研究 |
| 关键词： | 隧道锚;软岩蠕变;差分进化;参数反演;二次衬砌支护时机 |
| 摘要： | 随着我国交通运输行业的持续高速发展，地下工程建设规模涉及范围不断扩大，软弱围岩地层大量显现。软岩在蠕变效应下随时间持续变形，给隧道衬砌结构的施作和长期稳定性带来巨大挑战，严重威胁隧道工程的安全运营。 本文依托宜昌伍家岗长江大桥北岸隧道锚工程，首先研究了适用于岩土工程位移反分析的智能优化算法，再结合数值模拟反演得到隧道锚多地层围岩蠕变参数，根据反演参数对隧道锚二次衬砌的合理施作时机及长期稳定性进行系统研究，主要研究工作如下： （1）针对岩石蠕变的非线性特点，引入善于求解非线性问题的标准差分进化算法，为增强其全局搜索能力避免陷入局部最优，将Metropolis准则中概率接受劣化解的思想与标准差分进化算法相结合，并在此基础上引入自适应差分变异算子，得到改进差分进化算法，并利用高维复杂函数测试其寻优能力，结果表明改进差分进化算法具有寻优收敛速度快、计算精度高、鲁棒性强的特点，适合于岩土工程反分析问题的求解。 （2）利用直接筛选法，选择伯格斯模型用以描述隧道锚围岩蠕变特性，根据不同地层岩性将隧道锚所在场区划分为五个地层，建立了隧道锚数值计算正向分析模型。利用改进差分进化算法对多地层围岩蠕变参数进行反演，对比反演参数数值模型正向计算结果和现场监控量测数据，两者误差较小，验证了改进差分进化算法反演围岩蠕变参数的适用性和准确性。 （3）根据规范中二次衬砌施作的极限位移准则和隧道锚二次衬砌实际施作流程，通过数值模型和监测数据回归分析，对比隧道锚二次衬砌在不同时机施作后的受力变形状态，确定以隧道锚鞍室段和前锚室段全部断面的累计位移均达总位移的80%时施作二次衬砌，可使二次衬砌在施作后各关键部位变形较小且受力更为合理，具备一定的安全储备。 （4）基于数值模型研究了围岩和二次衬砌受力变形随时间的变化规律，发现其整体呈现三阶段变化过程，以此分析了隧道锚二次衬砌的长期稳定性。列举说明了影响隧道锚二次衬砌施作时机和长期稳定性的多种因素，介绍了围岩蠕变作用下衬砌结构长期受力控制对策。 |
| 作者： | 申裕峰 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李之达;李耘宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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