基于试验设计原理的位移反分析与施工过程仿真研究

摘要

多参数的弹塑性位移反分析的寻优过程实际上是通过试算来不断逼近最优值的过程，另一方面，通过对试验方案的优化也可以达到优化寻优的目的。均匀试验与正交试验是对科学试验方案作出优化设计的两种方法，均匀试验设计具有“均匀分散”的特点，可以在参数的可能区间均匀搜索得出最优参数组合区间；正交设计具有“整齐可比”的特点，能够在最优参数组合区间自动搜索出最优的参数组合值。均匀设计相对于正交设计只需较少的试验次数，同时具有较大的参数覆盖区间。均匀试验设计与正交试验设计试验不因参数个数的增加而增加试算的次数，因此，在多因素的反分析中具有极大的优势。本文将均匀试验设计与正交试验设计的方法引入多参数弹塑性位移正反分析，建立了多参数弹塑性位移反分析的目标函数，通过试算逼近目标函数的最小值来实现求解最优参数组合的目的。文中提出了在初步试算阶段利用均匀试验设计的大范围搜索能力，对围岩力学参数可能的存在区间进行搜索，找到均匀设计参数组合中使得目标函数值最小的较优参数组合，在较优参数组合附近将各参数离散，利用正交设计的“整齐可比”的特点自动搜索出最优的参数组合。文章在建立复杂地下洞室数值仿真模型的基础上，对围岩参数进行正反分析，得到了最优的参数组合。 通过对施工过程不同部位相对位移与爆破开挖过程响应关系的分析，得出围岩损伤主要由临近爆破施工引起的结论。本文利用原始实测数据，仅剔除了个别异常值，经过数值仿真计算分析表明，在某一特定施工阶段，参数组合变动时各监测点的计算相对位移与实测位移值的极差不因监测点位置的变化而变化，验证了实测曲线与计算过程的正确性。 将反分析成果应用于正分析过程，模拟了地下厂房枢纽区开挖支护的全过程，得到了洞室群开挖全过程的位移—时步曲线和各监测点断面的水平、垂直位移等值线。通过计算结果与实测结果的对比分析，得出围岩力学性能随循环爆破开挖逐步弱化，如果忽略这一点，那么正分析计算位移将夸大前期开挖的围岩位移，也将低估后期开挖的围岩位移。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章弹塑性位移反分析的基本理论

第3章弹塑性位移正反分析联合试验设计原理

第4章基于联合试验设计的弹塑性正反分析应用

4.1工程概况

4.2工程地质条件的概化与模型的建立

4.3均匀试验设计

4.4正交试验设计

4.5反分析成果的检验

4.6存在的问题及对结果的影响

第5章结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研成果与发表论文情况

致谢