砂性隧道圍巖破壞模式離散元分析.pdf

1、圍巖是隧道工程的主要研究對(duì)象。圍巖的變形破壞模式是隧道工程設(shè)計(jì)研究人員一直都重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，其對(duì)隧道設(shè)計(jì)時(shí)圍巖荷載的確定、支護(hù)參數(shù)的選擇及施工方案的確定具有重要意義。砂性隧道圍巖主要由砂性土構(gòu)成，具有松散、破碎和黏聚力低等特性。其塌落破壞具有突發(fā)性難以進(jìn)行預(yù)測(cè)，且具有不可控性一旦發(fā)生災(zāi)害會(huì)迅速蔓延造成巨大的工程事故。當(dāng)前普遍采用的基于連續(xù)介質(zhì)理論的研究方法不再很好地適用于離散性較大的砂性隧道圍巖，因此有必要引入非連續(xù)介質(zhì)理論來(lái)研究。

2、r>　　針對(duì)這一難題，選擇基于離散元理論的克服了小變形限制并允許巖體發(fā)生滑移和塌落的顆粒流數(shù)值軟件PFC2D。其可以模擬出土顆粒間黏結(jié)破壞引起的顆粒分離及大變形情形，幫助我們從細(xì)觀角度研究材料變形及力學(xué)特性。圍繞砂性隧道圍巖破壞模式這一主題進(jìn)行研究，主要工作和成果如下:
　　(1)基于PFC2D的雙軸試驗(yàn)進(jìn)行砂土PFC細(xì)觀參數(shù)試算。建立試算樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，以期找到和砂土宏觀物理力學(xué)參數(shù)對(duì)應(yīng)的PFC細(xì)觀參數(shù)。進(jìn)行細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響

3、性分析，定性分析了各個(gè)細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀參數(shù)的影響。
　　(2)對(duì)試算樣本數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析，建立砂土宏細(xì)觀參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度序列。從定量的角度給出了砂土宏觀參數(shù)對(duì)其PFC細(xì)觀參數(shù)的敏感度分析，對(duì)各個(gè)細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行分級(jí)，找出了各個(gè)宏觀參數(shù)的主細(xì)觀參數(shù)、次細(xì)觀參數(shù)和不敏感參數(shù)。
　　(3)將BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定，建立并檢驗(yàn)可以預(yù)測(cè)出與目標(biāo)宏觀參數(shù)相對(duì)應(yīng)的PFC細(xì)觀參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。基于試算數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)并訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)

4、檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足誤差允許范圍。說(shuō)明設(shè)計(jì)和訓(xùn)練良好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行PFC細(xì)觀參數(shù)預(yù)測(cè)工作。
　　(4)使用標(biāo)定得到的砂土PFC細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行砂性圍巖中的隧道開(kāi)挖模擬，研究其破壞模式。首先采用AC/DC方法進(jìn)行模擬，設(shè)置不同的初始地層應(yīng)力和側(cè)壓力系數(shù)并在開(kāi)挖后進(jìn)行圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè);然后在地層自重應(yīng)力狀態(tài)下模擬隧道開(kāi)挖，對(duì)比深淺埋隧道的塌落破壞過(guò)程并描繪塌落拱和壓力拱的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。
　　(5)砂性隧道圍巖自穩(wěn)能力差在開(kāi)挖后隨即