隧道支護優(yōu)化及變形破壞概率分析.pdf

1、隨著地下工程的大規(guī)模開發(fā)與建設,巖土體地質(zhì)條件的特殊性、隨機性和復雜性越來越突出,長期以來使得地下工程的設計、施工處于依靠實踐經(jīng)驗和定性階段。在復雜的工程地質(zhì)條件下,為確保隧道的穩(wěn)定,設計人員往往人為地增大支護參數(shù),導致隧道設計的安全系數(shù)普遍偏大,造成極大的經(jīng)濟浪費,很難做到“既安全可靠,又經(jīng)濟合理”的優(yōu)化設計。與此同時,由于隧道的開挖,隧道圍巖的初始應力狀態(tài)將發(fā)生變化,圍巖發(fā)生卸荷變形,若隧道周邊收斂超過了其變形允許值,則將導致隧道的

2、失穩(wěn)。因此,很有必要對隧道支護優(yōu)化和圍巖變形破壞概率分析進行專門研究。
　　 本文首先以臨鴨公路荊竹山隧道施工監(jiān)測為依托,對監(jiān)測成果進行整理,通過分析淺埋偏壓段K5+250斷面圍巖變形量、變形穩(wěn)定時間及變形速率來進行圍巖穩(wěn)定性評價。根據(jù)優(yōu)化反分析理論的基本原理,結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測反饋的信息,用ANSYS提供的參數(shù)化設計語言APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)編制優(yōu)化程序,對荊竹山隧道淺埋偏壓段K5

3、+250斷面的注漿加固圈圍巖參數(shù)進行優(yōu)化反演。利用反演得到的圍巖參數(shù)對該斷面原支護設計方案進行ANSYS有限元分析,深入研究了淺埋偏壓段初期支護結(jié)構(gòu)的受力變形特征。
　　 其次,提出一種基于支持向量機響應面模型的隧道支護優(yōu)化方法,其基本思想是根據(jù)試驗設計原理,用正交試驗設計構(gòu)造學習樣本,用均勻試驗設計構(gòu)造檢驗樣本,運用支持向量機對學習樣本進行學習,構(gòu)造響應面模型來近似表達隧道穩(wěn)定性與支護參數(shù)之間的復雜非線性關(guān)系,再在此關(guān)系基礎上

4、采用MATLAB優(yōu)化技術(shù)搜索最優(yōu)的支護參數(shù)。采用該方法對荊竹山隧道淺埋偏壓段K5+250斷面進行初期支護優(yōu)化,通過對優(yōu)化設計方案與原設計方案的數(shù)值模擬結(jié)果做對比分析,得出:優(yōu)化設計方案在滿足隧道穩(wěn)定性前提下,支護造價比原設計方案降低約20％。
　　 最后,將隧道圍巖位移判據(jù)和支持向量機擬合算法結(jié)合起來,建立出復雜地層隧道圍巖變形破壞概率的支持向量機分析方法,總結(jié)出了該方法的運行步驟,并編制了相應的計算程序。采用該方法分析了張家界