基于遗传算法的深井巷道围岩力学参数反演

摘要

岩体经过复杂的形成过程，成为一个具有松、散、软、弱四种不同属性的，不确定的，具有多种非均介质的并且存在裂隙、孔隙等的不连续体。华东地区煤矿开采，浅部煤层已经充分开发，需要穿越深厚表土层，进行深部开采，在深部高应力，巷道以及硐室围岩表现出塑性特性，进而引发一系列的支护形式及参数，围岩稳定等工程问题。因此，探究深埋地下巷道围岩弹塑性的破坏规律，并且如何获得近似符合实际工程的地下巷道围岩材料的力学参数，这些问题都迫使岩土工程以及相关学科的工作者和工程人员需要深入的研究。
　　本文通过利用监控量测技术对淮南矿区望峰岗煤矿-960m水平的水泵房通道进行巷道断面位移收敛进行监测，获得通道表面的位移变形特性（水平收敛和拱顶下沉），利用这些现场量测的实际位移收敛数据进行位移反分析，获得围岩变形规律。本文的主要工作有:
　　第一.通过假定深埋地下巷道在开挖施工过程中，围岩变形符合摩尔—库仑(Mohr-Coulomb)破坏准则，提取该准则中需要进行反分析的力学参数。
　　第二.使用有限差分软件FLAC3D建立深埋巷道模型，并进行数值模拟计算，由于参数较多，结合正交设计方法，整理得到深埋巷道围岩位移反分析的训练样本。通过参数对位移敏感度的分析，提取最主要的力学参数进行反分析。
　　第三.利用智能计算方法——遗传算法，对得到的样本数据进行“遗传”处理，使用MATLAB遗传工具箱进行程序实现，实现深埋巷道围岩的力学参数的反演。
　　第四.将反分析得到的巷道围岩的力学参数，通过正演分析，将正向分析得到的位移规律与现场实测的位移收敛规律进行对比，验证基于遗传算法反演巷道围岩的力学参数的可行性。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 课题的提出

1．2 位移反分析研究现状

1．2．1 位移反分析法及其分类

1．2．2 国外位移反分析的研究现状

1．2．3 我国位移反分析的研究现状

1．2．4 位移反分析的模型

1．3 本文主要研究内容及路线

1．3．1 论文主要内容

1．3．2 深埋巷道围岩位移反分析基本思路

1．3．3 采用的技术路线

2．深井巷道围岩智能反分析的基本路线

2．1 深井巷道工程的特征描述

2．2 深井巷道工程位移反分析提出以及其必要性

2．3 深井巷道围岩位移的影响因素

2．3．1 一般影响因素

2．3．2 影响巷道围岩位移的最主要因素

2．4 巷道围岩位移反分析模型的选取

2．5 岩土弹塑性理论简介

2．5．1 岩土弹塑性模型

2．5．2 莫尔-库仑准则

2．6 影响巷道变形的主要因素及反演参数的确定

2．7 本章小结

3．深井巷道围岩弹塑性的开挖模拟

3．1 岩土工程数值模拟方法

3．2 FLAC3D程序简介

3．3 深井巷道弹塑性的开挖模拟试验

3．3．1 深井巷道支护结构说明分析

3．3．2 建立模型

3．3．3 模拟参数的分析

3．3．4 数值计算结果

3．4 影响巷道围岩位移因素的正交模拟试验

3．5 分析反演参数对巷道围岩变形因素的敏感性

3．5．1 灵敏度定义

3．5．2 参数灵敏度分析方法

3．6 训练生成位移影响因素的样本

3．7 本章小结

4．基于遗传算法的深井巷道围岩位移反分析

4．1 遗传算法(GA)简介以及发展历史回顾

4．2 遗传算法的基本用语

4．3 深井巷道围岩位移反分析函数建立和步骤

4．4 使用MATLAB遗传工具箱对位移反分析的程序实现

4．4．1 编码

4．4．2 评价函数

4．4．3 遗传操作方法

4．5 围岩变形反分析流程

4．6 本章小结

5．深井巷道围岩位移反分析的实践应用

5．1 巷道概况

5．2 力学参数反分析

5．3 正向检验

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文成果

6．2 进一步建议

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果