大伙房水库引水工程主输水隧洞围岩位移反分析

摘要

位移反分析方法的研究已开展多年，并取得了许多研究成果，可以反演弹性参数、粘弹性参数、弹塑性参数和粘弹塑性参数。其中反分析必要参数是围岩收敛变形量测值。但在围岩变形尚未结束，现场量测数据不充足时，就无法进行反分析计算。 论文根据围岩变形随时间变化的特点，利用灰色系统理论，建立灰色预测GM(1，1)模型，编制灰色预测程序GM，对围岩变形进行预测，绘制了时间—变形曲线。 针对现场量测仪器精度不足等导致量测误差问题，论文对量测数据进行灰色曲线拟合，得出围岩变形校正值。 在地下工程弹塑性有限元分析的基础上，结合单纯形优化算法，编制了隧洞围岩位移反分析程序EPFX，可反算出岩体的E、u、c、θ、λ，适用于深埋隧洞的位移反分析。 最后以大伙房水库引水工程主输水隧洞工程为实例，进行了反分析计算。

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第一章绪论

1.1位移反分析的历史和现状

1.1.1位移反分析发展概况

1.1.2位移反分析的现状

1.2位移反分析原理和分类

1.2.1位移反分析原理

1.2.2待分析参数的确定

1.2.3位移反分析分类

1.3本课题的研究内容

1.4研究意义

第二章岩石弹塑性理论及有限元实现

2.1概述

2.2围岩的工程性质及应力状态

2.2.1围岩的工程性质

2.2.2应力重分布

2.3岩土的弹塑性理论基础及岩土的本构关系

2.3.1概述

2.3.2屈服条件和屈服准则

2.3.3强化定律

2.3.4流动法则

2.3.5弹塑性应力应变关系

2.4有限元法在围岩弹塑性分析中的应用

2.4.1有限元方法的基本理论

2.4.2屈服准则和弹塑性矩阵的数值计算

2.4.3非线性问题基本解法

第三章反演理论与优化算法

3.1反演理论

3.2最优化理论

3.3优化算法

3.3.1变量轮换法

3.3.2模式搜索法(Hooke-Jeeves法)

3.3.3鲍威尔(Powell)法

3.3.4单纯形加速法

3.4反分析中优化算法的选取

第四章程序编制及使用

4.1程序平台的选择

4.2程序结构

4.3有限元正算分析程序

4.3.1隧洞模型的简化

4.3.2前处理中的其他问题

4.3.3围岩性态的模拟

4.3.4有限元正算程序流程

4.4优化反算程序

4.5程序验证

4.5.1张家洼矿区小官庄铁矿原岩应力位移反分析

4.5.2锦屏水电站引水隧洞长探洞地应力初步反分析

4.5.3程序验证结论

第五章洞室围岩收敛变形灰色理论预测

5.1变形预测

5.2灰色理论

5.2.1灰色理论概述

5.2.2灰色理论的GM(1，1)模型

5.2.3 GM(1，1)模型应用实例

5.3用GM(1，1)模型分析洞室围岩的收敛变形

5.4围岩变形灰色预测改进讨论

6.1工程概况

6.2引水隧道的工程地质条件

6.2.1地形地貌

6.2.2地层岩性

6.3.3地质构造

6.3主输水隧洞15#工区工程地质条件

6.3.1岩石物理力学性质

6.3.2围岩分类

6.4大伙房水库引水隧洞15#工区正洞位移反分析

6.4.1常规位移反分析

6.4.2灰色预测后的位移反分析

6.4.3反分析结果比较

第七章结论

7.1结论

7.2存在的问题

参考文献

致 谢