地下大型储备库洞室断面形状优化及合理间距研究

摘要

随着我国能源问题日益突出，建立国家战略石油储备的需求日益迫切。各种储油方式中，地下水封储油库是一种较好的储油形式。但如何对此类大规模的洞室群进行设计、优化，保证其开挖的围岩稳定性，是一个亟待解决的问题。 本文具体工作如下： (1) 采用有限元分析软件ANSYS的优化功能对大型地下储备库洞室进行了弹一塑性反分析，借助于APDL实现洞室断面形状的参数化，以此生成优化循环文件，使用零阶优化方法和随机搜索工具，对洞室的形状进行了优化，找出了在特定地质条件下的优化后的断面，较原断面有更好的围岩稳定性。 (2) 指出了直墙拱形断面和五心拱断面中各设计变量对以拱顶沉降为目标函数的影响程度，为今后的类似优化问题提供了参考。 (3) 分别对各种断面形状的不同间距进行计算，找到了不同断面形状的合理间距。 (4) 最后本文以黄岛地下水封石油库为实例，对其原设计进行全过程优化，达到了预期效果，具有较好的工程应用前景。

目录

文摘

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致谢

1绪论

1.1国内外研究现状

1.1.1国内外地下大型储备库洞室的修建概况

1.1.2当前地下洞室设计现状

1.1.3地下洞室的计算方法

1.1.4结构优化的现状与发展

1.2本文的主要工作

1.3技术路线

2地下洞室群优化建模

2.1影响洞室围岩稳定的因素

2.1.1天然地质条件

2.1.2工程因素

2.2洞室群优化建模的原则

2.3地下洞室群的分阶段优化

2.3.1地下洞室群断面形状优化

2.3.2地下洞室群间距布局优化

2.4本章小结

3屈服准则与优化方法

3.1屈服准则

3.2利用ANSYS实现优化设计

3.2.1优化流程和算法

3.2.2优化变量的选择

3.3本章小结

4地下储备库洞室群断面形状优化设计研究

4.1洞室开挖效应研究

4.2单个洞室形状的开挖效应研究

4.2.1解析法

4.2.2简易判别法

4.3洞室形状的数值方法优化

4.3.1对直墙拱形断面的优化

4.3.2对五心圆拱断面优化

4.4本章小结

5地下储备库洞室合理间距优化设计研究

5.1洞室间距对开挖效应的影响

5.2地下洞室间距的数值方法优化

5.2.1直墙拱形断面

5.2.2五心圆拱形断面

5.3本章小结

6工程应用

6.1工程区域概况

6.1.1地理及交通状况

6.1.2气象水文条件

6.1.3地质概述

6.2整体设计的优化与改进

6.2.1洞库位置与方向

6.2.2各洞室间的相对位置

6.2.3洞室断面形状和间距

6.2.4对原设计的优化

6.3本章小结

7结论与讨论

7.1主要结论

7.2讨论

参考文献

作者简历