成层正交各向异性围岩反分析方法的研究

摘要

岩石多数具有明显的非均质性和各向异性特征,岩石的各向异性特征常是影响洞室围岩应力应变分布的重要因素.该文系统介绍了正交各向异性问题和位移反分析方法研究的历史与现状,叙述与归纳了各向异性岩体的分析理论,通过分析成层正交各向异性岩体的特点,对该类岩体的反分析方法提出了分层正交各向异性模型、比例系数模型、分层均质模型和等效简化模型,并对各类模型分别确定了目标未知数、目标函数与算法.论文以分层均质模型为例,采用三元件模型,对成层正交各向异性岩体建立了粘弹性问题的反分析模型.针对成层正交各向异性岩体反分析计算中非线性目标函数的求解,叙述了采用下山单纯形优化搜索法的原理,并结合工程实践论证了采用这类算法可取得较好的结果.论文在对进化算法的四个分支--遗传算法、遗传规划、进化策略及进经规划的基本原理和技术进行归纳的基础上,基于岩土介质材料的结构性和随机性特征,提出了岩土参数值初始种群的产生方法,并结合岩土工程反问题的特点,建立了免疫遗传算法,研制了相应的软件,为成层正交各向异性岩体反问题的研究开拓了新途径.结合工程实际,采用分层均质模型得出了初始地应力值及其分布规律,及围岩材料的弹性、粘弹性性态参数值,取得了较好的结果,并已用于工程实践.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1.1研究目的和意义

§1.2课题研究的历史与现状

§1.2.1正交各向异性问题研究的历史与现状

§1.2.2反分析方法研究的历史与现状

§1.3本文主要研究内容

第二章 成层正交各向异性岩体的分析理论

§2.1引言

§2.2各向异性岩体的弹性模型

§2.2.1各向异性岩体的应力应变关系

§2.2.2正交各向异性岩体的应力应变关系

§2.3各向异性弹塑性模型

§2.3.1各向异性岩体的屈服准则

§2.3.2各向异性岩体的流动法则

§2.4成层正交各向异性岩体有限元分析的基本方程

第三章 成层正交各向异性岩体分析的反问题

§3.1引言

§3.2岩石地层中的初始地应力的分布规律

§3.3成层正交各向异性岩体反问题的分析模型与目标未知数

§3.3.1成层正交各向异性岩体反分析问题的目标未知数

§3.3.2成层正交各向异性岩体反问题的分析模型

§3.4成层正交各向异性岩体粘弹性问题的反分析模型

§3.5成层正交各向异性岩体反分析问题的计算方法

§3.5.1目标函数

§3.5.2计算方法

第四章 岩体参数值反演分析的免疫遗传算法

§4.1引言

§4.2遗传算法

§4.2.1遗传算法的基本原理

§4.2.2遗传算法的数学理论

§4.2.3遗传算法的基本技术

§4.3遗传规划

§4.3.1遗传规划的基本原理

§4.3.2遗传规划的分析理论

§4.3.3遗传规划的基本技术

§4.4进化策略

§4.4.1进化策略的基本原理

§4.4.2进化策略的分析理论

§4.4.3进化策略的基本技术

§4.5进化规划

§4.5.1进化规划的基本原理

§4.5.2进化规划的分析理论

§4.6遗传算法、遗传规划、进化策略及进化规划之比较

§4.7免疫遗传算法

§4.7.1概述

§4.7.2免疫遗传算法的基本技术

§4.8岩体参数值反演分析的免疫遗传算法

§4.9算例

第五章 工程应用研究

§5.1概述

§5.2工程概况

§5.3试验洞变形的量测与成果

§5.3.1试验洞与量测断面的布置

§5.3.2多点位移计和收敛位移测点的布置

§5.3.3量测成果

§5.4成层正交各向异性岩体平面弹性问题的反分析

§5.4.1计算简图

§5.4.2层状岩体性态模拟与反分析模型

§5.4.3计算结果与分析

§5.5成层正交各向异性岩体平面粘弹性问题的反分析

§5.5.1计算断面与计算简图

§5.5.2反分析模型

§5.5.3收敛位移随时间而变化的关系曲线

§5.5.4计算结果与分析

第六章 结语

参考文献

致谢