基于流变效应的水电站地下厂房围岩稳定分析

摘要

随着人类工程技术水平的不断提高，地下工程得到了迅速的发展，它扩大并延伸了人类的生存空间。地下工程的数量日益增多，规模也越来越大，一些世纪性的大型或特大型水利水电工程相继建设，相当多高山峡谷地带的水电站厂房都采用大型或超大型地下洞室群方案。大型洞室的施工势必造成对围岩的强烈扰动，出于对大型工程建设的安全性和经济性考虑，在地下工程建设前进行施工数值仿真模拟。 本文以ANSYS作为前处理平台建立有限元模型并进行网格划分，应用自编程序导入FLAC3D，以FLAC3D为平台进行计算，对地下洞室群进行施工数值分析。 根据实测的地应力的分布特点，构造多组神经网络随机样本，采用遗传算法和神经网络的方法对侧向地应力系数进行反演分析，进而进行地应力场分析，利用实测数据进行检验，并将地应力场的分析结果应用于后续的围岩流变分析。 结合工程监测资料，按照施工步骤对洞室进行施工模拟，根据第一层监测资料进行围岩流变参数反演，并应用于下一步的流变分析中。将反演数据加入模型当中进行流变模拟，与监测数据进行比较，证明反演结果满足工程精度要求，表明反演确定模型参数的方法是可行的。 由地应力场反演结果和流变模型参数反演结果对地下厂房洞室群进行施工流变模拟。根据工程要求，对锚喷支护，预应力锚索锚固进行模拟。对因为流变引起的关键断面的应力、位移及塑性破坏区影响情况加以分析，给工程施工提出有指导意义的建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2课题的理论意义和应用价值

1.3国内外研究现状

1.3.1初始地应力场国内外研究现状

1.3.2岩体流变国内外研究现状

1.4论文主要内容

2地下结构中岩体流变理论

2.1流变力学理论概括

2.1.1元件流变模型

2.1.2流变的经验方程

2.2有限差分方法中的流变模型和本构模型

2.2.1有限差分方法简单介绍

2.2.2有限差法表示的蠕变本构模型

2.3本章小结

3 FLAC3D数值仿真理论基础

3.1 FLAC3D简介

3.1.1 FLAC3D程序中的模型

3.1.2基本力学方程

3.2 FLAC3D用于水电站数值计算中的结构单元

3.2.1 FLAC3D中的锚杆单元

3.2.2 FLAC3D中的衬砌单元

3.3 FLAC3D中的岩石模型本构关系

3.3.1弹性本构模型

3.3.2莫尔库仑(Mohr-Coulomb)弹塑性本构模型

3.3.3 Ubiquitous-joint弹塑性本构模型

3.4地下工程围岩破坏机理

3.4.1拉伸破坏机理

3.4.2剪切破坏机理

3.5地下工程围岩的失稳判据

3.5.1围岩强度判据

3.5.2围岩变形量或变形率判据

3.6 FLAC3D程序与有限单元程序的对比

3.7本章小结

4基于遗传算法结合神经网络方法的水电站地下厂房初始地应力反演

4.1遗传算法结合神经网络反演初始地应力场理论

4.2工程概况

4.2.1地质资料

4.2.2实测地应力资料

4.3基于遗传算法结合神经网络方法反演初始地应力场

4.3.1三维初始地应力场反演区域模型

4.3.2初始地应力场的施加

4.3.3遗传算法对BP神经网络初始权值的优化

4.3.4基于遗传算法优化神经网络反演初始地应力场

4.3.5初始地应力场的分布模拟

4.4本章小结

5基于流变效应的地下厂房围岩稳定分析

5.1某水电站三维有限差分计算模型

5.1.1地下洞室群的模拟

5.1.2地质构造的模拟

5.1.3计算范围

5.1.4初始条件

5.1.5边界条件

5.1.6三维有限差分模型

5.1.7地下洞室围岩计算参数

5.1.8地下洞室群支护参数

5.2结合遗传算法优化神经网络的方法确定流变模型参数

5.2.1基于神经网络和遗传算法的岩体流变参数反演方法

5.2.2某水电站地下厂房试验洞的粘弹性位移反分析

5.3流变稳定性分析

5.3.1主场房洞室轴线纵剖面

5.3.2场左0+017.76处剖面

5.3.3场左0+081.76处剖面

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢