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象。圍巖的變形破壞模式是隧道工程設(shè)計研究人員一直都重點關(guān)注的問題，其對隧道設(shè)計時圍巖荷載的確定、支護參數(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)性難以進行預測，且具有不可控性一旦發(fā)生災害會迅速蔓延造成巨大的工程事故。當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)理論來研究。

2、r>　　針對這一難題，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，幫助我們從細觀角度研究材料變形及力學特性。圍繞砂性隧道圍巖破壞模式這一主題進行研究，主要工作和成果如下:
　　(1)基于PFC2D的雙軸試驗進行砂土PFC細觀參數(shù)試算。建立試算樣本數(shù)據(jù)庫，以期找到和砂土宏觀物理力學參數(shù)對應的PFC細觀參數(shù)。進行細觀參數(shù)對宏觀參數(shù)的影響

3、性分析，定性分析了各個細觀參數(shù)對宏觀參數(shù)的影響。
　　(2)對試算樣本數(shù)據(jù)庫進行灰關(guān)聯(lián)分析，建立砂土宏細觀參數(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)對其PFC細觀參數(shù)的敏感度分析，對各個細觀參數(shù)進行分級，找出了各個宏觀參數(shù)的主細觀參數(shù)、次細觀參數(shù)和不敏感參數(shù)。
　　(3)將BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應用到細觀參數(shù)標定，建立并檢驗可以預測出與目標宏觀參數(shù)相對應的PFC細觀參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?；谠囁銛?shù)據(jù)庫設(shè)計并訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)

4、檢驗，預測結(jié)果滿足誤差允許范圍。說明設(shè)計和訓練良好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以進行PFC細觀參數(shù)預測工作。
　　(4)使用標定得到的砂土PFC細觀參數(shù)進行砂性圍巖中的隧道開挖模擬，研究其破壞模式。首先采用AC/DC方法進行模擬，設(shè)置不同的初始地層應力和側(cè)壓力系數(shù)并在開挖后進行圍巖應力監(jiān)測;然后在地層自重應力狀態(tài)下模擬隧道開挖，對比深淺埋隧道的塌落破壞過程并描繪塌落拱和壓力拱的動態(tài)發(fā)展過程。
　　(5)砂性隧道圍巖自穩(wěn)能力差在開挖后隨即