围岩位移反分析及智能化灰色预测与模糊分类的应用

摘要

隧道围岩位移反分析法是利用现场量测位移来反推工程区域的力学特性及其地质背景的初参数——力学特性参数、初始地应力等的分析方法。隧道工程施工过程中控制岩体变形和安全一直是各国隧道工程师所面临的一大难题。随着隧道工程在整个公路建设中的比重和难度的增大，在现代岩土工程问题中，特别是随着大机械化和自动化施工技术的提高，出现了新的岩土工程问题，由经典岩石力学问题转变为动态挠动模拟，为了解决这一新问题，本文提出位移反分析模糊分类及围岩变形智能化灰色预测研究。 面对隧道围岩“数据有限“的问题，不仅计算模型的基本参数很难准确给出，而且能够对过程(非线性围岩变形过程)的演化提供反馈信息或者能校正模型的测量并不多。另一方面，对岩体破坏机理尚不能清晰地理解的情况下，预测围岩变形趋势及规律具有很大的不确定性。本文的研究是建立在一个动态、不确定的环境中，各参数是随时变化的，就要求我们在工程进行过程中要对出现的问题作出实时的判断，随时处理出现的各类岩土工程问题.但是，由于岩土工程中所出现的问题具有不确定性，所以在采集数据，利用位移反算分析法进行反演计算时，我们要采用BP神经网络及模糊综合评价来对数据进行灰色处理，以便使反演参数具有更强的实用性和逻辑性。 本文主要研究内容和成果： 1、对围岩开挖初期表现出来的弹塑性，采用简化的力学模型，考虑各种地质和工程因素反算初期各种“等效参数”，为围岩变形寻找规律。 2、随着围岩的初期应力重分布，在位移反演中，欲全面考虑岩石的时间效应，建立以弹粘性为特征的计算模型，利用弹粘性分析的基础上进行隧道围岩变形参数的拟合，并确定最佳支护时间段。 3、建立围岩施工动态受力参数模型，模拟隧道围岩施工过程中扰动作用下的荷载，反算引起拱顶下沉及收敛的各岩体性态参数，以指导设计施工。 4、通过模糊综合评判方法及工程实际经验，建立围岩性态参数对围岩变形影响隶属度函数及其微型数据库，为确定围岩支护类别及确保施工安全提供指导。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1前言

1.2岩体位移反分析研究的意义

1.3现代岩土工程所面临的问题

1.4国内外研究的历史与现状

1.5本课题拟研究的问题

第二章隧道位移量测的分析理论及模型试验研究

2.1反问题的解的定义

2.2.解反问题与正问题的区别

2.2.1解反问题的特点

2.2.2非线性

2.2.3求导数问题

2.2.4适定性问题

2.3位移现场量测试验研究

2.4地层性态参数的反演

2.4.1E值的反演确定

2.4.2反分析值的是复杂岩体的表现

2.5本章小结

第三章弹塑性问题的位移反演理论

3.1弹塑性简化模型及其本构方程

3.1.1弹塑性力学的基本理论

3.1.2弹塑性问题位移反分析计算的方法

3.2平面应变问题

3.3算例初始地应力验证

3.4结构荷载的反演计算μ值

3.4.1试算检验

3.5本章小结

第四章粘弹性问题的位移反演理论

4.1粘性位移反演的基本方程

4.2粘弹性问题的简化

4.3模型选取

4.4考虑工程因素对反演分析的影响

4.4.1考虑工程因素的反演方程

4.5粘弹性位移反演应用

4.5.1粘弹性位移反演实例

4.6本章小结

第五章岩体工程反分析模糊预测

5.1围岩变形的模糊数学分析

5.1.1围岩变形工程分析中的基本因素

5.1.2岩体参数反分析的模糊数学方法

5.1.3单因素评价

5.1.4综合评价

5.1.5建立分类的标准模型

5.1.6模型识别

5.2各性态参数对位移反分析方程的影响

5.2.1隧道围岩性态参数影响权值分类

5.3围岩模糊综合评价工程实例

5.4本章小结

第六章位移反分析的计算机仿真计算

6.1概述

6.2隧道工程的特点及位移反分析的必要性

6.3隧道开挖受力基本假定

6.3.1释放荷载的计算方法

6.3.2施工过程的模拟

6.3.3开挖工序的模拟

6.3.4填筑工序的模拟

6.3.5结构的施作与拆除

6.3.6增量荷施加的外荷载

6.4隧道施工过程中位移智能化反分析

6.4.1智能化位移反分析模型的输入输出参数

6.4.2隧道位移智能化反分析综合表达方法

6.4.3反分析的推理方向

6.4.4反分析的搜索策略

6.5反分析算例

6.5.1计算过程

6.5.2计算结果

6.6本章小结

第七章时间序列的灰色预测

7.1时间序列分析推断

7.2时间序列分析

7.2.1时间序列基本概念

7.2.2平稳随机序列的遍历性

7.2.3状态识别

7.2.4失稳情况下的失稳时间预测

7.3平稳及非平稳时间序列

7.3.1模型计算

7.3.2计算使用说明

7.3.3工程实例

7.4本章小结

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢

附录一：

附录二： BP2000计算程序填入数据

附录三： 攻读硕士学位期间参与的科研成果与发表论文情况