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文檔簡(jiǎn)介
1、土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)、資源開(kāi)發(fā)和國(guó)防建設(shè)急需的重大技術(shù)裝備。密封艙壓力的設(shè)置和控制直接關(guān)系到開(kāi)挖地層的穩(wěn)定、刀盤(pán)刀具的磨損和盾構(gòu)掘進(jìn)效率。針對(duì)目前盾構(gòu)施工密封艙壓力分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清、密封艙壓力控制缺少完備的力學(xué)模型的問(wèn)題,本文以離散元數(shù)值分析為主要研究手段,結(jié)合實(shí)驗(yàn)和施工數(shù)據(jù)驗(yàn)證,提出了改性土等效離散元模型及其參數(shù)反演方法,揭示了盾構(gòu)掘進(jìn)界面壓力與密封艙隔板壓力的映射關(guān)系、掘進(jìn)參數(shù)與密封艙隔板壓力的映射關(guān)系,為盾構(gòu)施工密封艙
2、壓力控制提供機(jī)理模型,同時(shí)豐富和完善了離散元模型參數(shù)確定方法。
離散單元法模擬盾構(gòu)密封艙土壓力系統(tǒng)工作過(guò)程的首要內(nèi)容是改性土的模擬。以某地鐵標(biāo)段施工地層的砂土為原狀土,根據(jù)實(shí)際施工改性劑的添加比例,在實(shí)驗(yàn)室配制了改性砂土并進(jìn)行了改性砂土的坍落度實(shí)驗(yàn)和直剪實(shí)驗(yàn);提出了改性砂土的等效離散元模型,在此基礎(chǔ)上建立改性砂土坍落度實(shí)驗(yàn)和直剪實(shí)驗(yàn)的離散元數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)P?。通過(guò)不同配比改性土坍落度實(shí)驗(yàn)和直剪實(shí)驗(yàn)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比
3、較,證明在選取適當(dāng)?shù)牡刃P蛥?shù)的情況下,提出的改性砂土等效離散元模型能夠模擬改性砂土的流動(dòng)特性和抗剪強(qiáng)度特性。
正確確定改性土等效離散元模型參數(shù)是離散元模擬盾構(gòu)密封艙土壓力系統(tǒng)工作過(guò)程的關(guān)鍵。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、三軸實(shí)驗(yàn)和離散元數(shù)值模擬相結(jié)合,用于改性砂土等效離散元接觸模型參數(shù)反演。反演目標(biāo)是改性土三軸實(shí)驗(yàn)離散元數(shù)值模擬得到的主應(yīng)力差和軸向應(yīng)變曲線(xiàn)以及徑向應(yīng)變和軸向應(yīng)變曲線(xiàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)誤差最小,采用的求解策略是基于遺
4、傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)識(shí)別。三軸實(shí)驗(yàn)的離散元數(shù)值模擬為網(wǎng)絡(luò)提供訓(xùn)練樣本,遺傳算法和BP梯度下降算法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值,改性土室內(nèi)三軸實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測(cè)量曲線(xiàn)為參數(shù)反演提供依據(jù)。通過(guò)反演預(yù)測(cè)的三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較,證明了反演方法的有效性,為改性砂土等效離散元模型參數(shù)確定提供依據(jù),為密封艙土壓力系統(tǒng)離散元仿真模型建立奠定基礎(chǔ)。
以某地鐵標(biāo)段施工的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為研究對(duì)象,建立了盾構(gòu)密封艙土壓力系統(tǒng)離散元仿真的幾何模型;根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)
5、過(guò)程中密封艙工作原理,提出盾構(gòu)隧道不同埋深下掘進(jìn)界面壓力的模擬方法,以及掘進(jìn)面生成顆粒、螺旋出口刪除顆粒的改性土在密封艙中動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程的模擬方法,確立了密封艙土壓力系統(tǒng)離散元仿真模型的邊界條件:通過(guò)密封艙隔板土壓力的離散元仿真結(jié)果與實(shí)際施工檢測(cè)結(jié)果相比較,驗(yàn)證了仿真模型的有效性和仿真結(jié)果的正確性,為進(jìn)一步的密封艙壓力控制機(jī)理模型建立奠定基礎(chǔ)。
在密封艙土壓力系統(tǒng)離散元仿真模型基礎(chǔ)上,研究了輻板式刀盤(pán)和輻條式刀盤(pán)兩種情況下,
6、隧道埋深分別為10m、15m和20m時(shí)的密封艙壓力分布規(guī)律,建立密封艙隔板壓力分布的數(shù)學(xué)模型;得出在盾構(gòu)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式一定的條件下,掘進(jìn)界面等效壓力與密封艙隔板等效壓力為比例關(guān)系的結(jié)論,將密封艙隔板等效壓力與掘進(jìn)界面等效壓力的比值定義為壓力傳遞系數(shù),給出了壓力傳遞系數(shù)與刀盤(pán)開(kāi)口率的經(jīng)驗(yàn)公式,為盾構(gòu)掘進(jìn)密封艙隔板壓力的設(shè)定提供理論基礎(chǔ)。
在密封艙土壓力系統(tǒng)離散元分析模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)改變開(kāi)挖面顆粒生成個(gè)數(shù)和螺旋轉(zhuǎn)速,模擬盾構(gòu)掘
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