岩石开挖工程随机分析原理及应用

岩石开挖工程随机分析原理及应用

一、岩石开挖工程随机分析原理与应用(论文文献综述)

商成顺[1](2021)在《基于粗粒化理论的工程尺度DEM-CFD流固耦合模拟方法及应用》文中研究表明随着“十三五”规划的实施和“十四五”规划的启动,我国隧道及地下工程建设飞速发展,工程建设总量位居世界前列。工程建设向地质条件更复杂的西部高原和赋存环境更严酷的水下迈进,高海拔、高地震烈度、高地应力、高水压、高地温等极端条件迫使安全施工面临隧道突水突泥、塌方、岩爆、大变形等重大地质灾害的严峻挑战,亟需进一步发展灾害主动防控方法。地下工程灾害灾变机理与演化过程的科学认知是灾害主动防控的理论基础。重大地质灾害的灾变机理不清、演化过程不明导致预测预警缺乏理论依据、主动防控缺乏技术支撑。相对于其他方法,数值模拟方法因其耗时短、成本低、精度高、控制易而成为了地下工程灾害机理与演化过程研究的一种有效手段,被称为“科学研究的三大支柱之一”,本文选择特别适合于岩土体材料非均匀性、各向异性、大变形破坏模拟的离散单元法(DEM)和高效的计算流体动力学方法(CFD)作为本文的主要研究方法。其中,DEM方法在工程尺度问题的模拟中面临颗粒计算量大、耗时长的难点,本文选择粗粒化理论来解决这一关键问题。目前的离散元粗粒化理论主要集中在不含强粘结颗粒的颗粒系统中,对颗粒粘结模型的大尺度模拟和含强粘结的渗透侵蚀破坏过程模拟缺乏系统的研究,因此发展DEM粗粒化颗粒粘结模型和基于DEM-CFD的粗粒化侵蚀弱化模型,开展工程尺度流固耦合灾害演化全过程模拟,对科学认识重大工程灾害演化机理、提供监测预警与调控决策理论基础意义重大。本文以基于粗粒化理论的DEM-CFD流固耦合模拟方法为主要研究内容,通过室内试验、理论推导和编程开发等研究手段建立了粗粒化颗粒粘结模型和粗粒化侵蚀弱化模型,实现了工程尺度突水突泥灾变演化过程模拟。主要研究成果包括:(1)利用CT扫描技术重构分析了白砂岩的孔隙结构、颗粒粒径分布和粒间粘结结构;进一步地,测定了白砂岩的基本力学性质,基于EDEM的API二次开发功能,对Hertz-Mindlinwith Bonding模型进行改进,建立了修正的颗粒粘结模型,实现了岩石基本力学性质的准确模拟和损伤破坏的形象表征;同时,利用C++语言编写API对EDEM数值模拟软件进行二次开发,实现了岩石破裂的声发射监测和真三轴伺服应力加载。(2)开展了岩石单轴压缩和巴西劈裂数值试验颗粒尺寸效应研究,并基于粗粒化原理和断裂力学知识,推导了粗粒化参数理论计算公式,结合C++编程和EDEM API开发了可有效克服颗粒尺寸效应的粗粒化颗粒粘结粘模型(CGBPM);进一步地,通过将粗粒化颗粒粘结粘模型应用在经典的工程尺度硐室开挖损伤区预测中,验证了本文粗粒化模型的可靠性。(3)利用单颗粒静水沉降试验验证了基于EDEM-Fluent软件耦合计算准确性,结合传统的岩土体侵蚀理论和DEM-CFD流固耦合机理,建立了岩土体侵蚀弱化模型,实现了岩土体细观侵蚀弱化破坏过程;程序化实现并验证了粗粒化DEM-CFD流固耦合理论的准确性,结合上述建立的侵蚀弱化模型,开发建立可模拟大尺度渗流灾害问题的粗粒化侵蚀弱化模型。(4)以江西永莲隧道突水突泥案例为工程背景,利用所建立的粗粒化颗粒粘结模型和粗粒化侵蚀弱化模型,开展了工程尺度突水突泥灾害演化过程仿真模拟,初步揭示了富水断层破碎带型突水突泥灾变演化机理:断层内部充填物侵蚀弱化破坏规律整体表现为自下向上发展、自点向面联通的发展模式;速度场变化趋势表现为整体扰动由底部向地表发展、局部速度先增大后平稳的规律;位移场变化趋势表现为整体扰动由底部向地表发展、充填物质位移随灾变演化逐渐增大的规律。本文基于粗粒化理论开发建立的粗粒化颗粒粘结模型和粗粒化侵蚀弱化模型,有效减少了大规模计算中的颗粒计算量,提高了计算效率,可有效促进DEM-CFD流固耦合方法在地下工程大变形灾害和流固耦合灾害等问题模拟中的推广应用,具有一定的理论价值和工程意义。

李卓徽[2](2021)在《裂隙岩体渗流-应力耦合近场动力学模拟分析方法及应用》文中认为我国隧道与地下工程建设规模巨大,施工条件复杂,许多隧道均修建在强富水、高水压、强岩溶的地层环境中,多种地质灾害频发。在广泛的工程需求下,数值模拟成为研究地下工程灾害机理及灾变演化过程最重要的手段之一。近场动力学是目前求解不连续问题最先进的数值方法之一,特别适用于模拟连续-非连续问题。本论文立足于国家基础设施建设亟需开展的裂隙岩体流固耦合引起的灾害演化过程数值模拟分析,通过理论推导、数值模拟等手段,围绕近场动力学模拟裂隙岩体流固耦合亟需解决的基础难题展开研究,取得了一系列有益的研究成果。首先,在近场动力学尺度下,通过考虑物质点间键的塑性变形,并改进键处于塑性变形时对不同受力状态(加卸载)的响应,考虑了峰后加卸载路径对岩石力学行为的影响,提出适用于岩石材料的考虑压缩荷载条件下峰后阶段的微观弹塑性本构模型;采用了非均匀离散建模方法来表征岩体材料非均匀特性,解决了材料模拟压缩破坏过程中出现的“离散结构依赖性”,提高了数值模拟的精度。并通过岩石单轴压缩和循环加卸载试验验证了微观弹塑性本构模型的适用性与准确性。于此同时,开展了不同裂隙倾角条件下标准岩石试件单轴压缩试验破坏过程模拟,模拟结果与试验现象吻合良好。其次,基于普通态型近场动力学基本理论,从应变能密度角度,通过等效的方法,熟悉并推导了平面两类问题的普通态型近场动力学基本运动方程,并以此为理论基础,采用Drucker-Prager准则(DP)来构建普通态型近场动力学形式的岩石材料塑形屈服面,得出增量形式的普通态型近场动力学微观弹塑性本构;为提高计算效率,进一步开展了普通态型近场动力学与有限体积法耦合模拟分析方法研究,提出解决裂隙岩体流固耦合问题的数值计算方法,使用普通态型近场动力学求解位移场、等效应力场以及模拟裂缝扩展过程,有限体积法求解流体部分渗流场,并通过过渡层进行数据交换实现流固耦合。通过几个数值算例验证了该方法在流体驱动下模拟饱和裂隙孔隙介质中裂纹扩展的能力,表明了方法的正确性。最后,开展了泉域地下水分布和运移规律的研究,设置了等效孔隙介质模型和孔隙-裂隙双重介质模型两种计算模型,针对相同隧道埋深条件下隧道开挖对不同地下水位影响以及相同水位条件下不同隧道埋深开挖对地下水位影响分别开展了 10组工况模拟。得出结论:岩体裂隙发育情况对隧道开挖时围岩的损伤有主导作用,且当孔隙水压超过某一定值时,裂隙发育情况和孔隙水压将综合成为开挖时围岩损伤的主导因素。为轨道交通路线设计与隧道工程安全建设提供了有效的理论支撑。

傅康[3](2021)在《基于机器学习的TBM隧道围岩分级方法及掘进参数优化研究》文中进行了进一步梳理目前我国已经成为世界上在建、待建隧道里程数最多的国家,其中有相当一部分隧道属于长大隧道、深埋隧道,面临复杂的地质环境问题,施工难度极高。TBM施工因其掘进效率高、自动化程度高、成洞质量好、作业安全、环境友好等优点成为未来隧道建设的重要技术。然而由于TBM对地层条件敏感性高,对不良地质条件适应性差,影响了 TBM发挥掘进效率上的优势。同时由于TBM在施工过程中受到工程地质条件与掘进技术水平等多方面因素的制约,导致难以及时准确地判断掌子面围岩条件、预测TBM的掘进性能,大多数情况下要靠主司机经验对掘进参数进行决策。针对上述问题,本文以TBM隧道围岩分级和掘进参数优化决策为主要研究目标,采用机器学习、数据挖掘、模型试验、工程验证等手段,基于新疆某工程TBM实际掘进数据建立了 TBM隧道围岩等级实时识别模型,对现场掘进数据进行聚类分析建立了一套适用于TBM隧道的围岩分级体系,针对掘进参数预测和优化决策问题建立了相应的预测模型和优化模型,并通过模型试验进行了验证。本文的主要研究工作及成果如下:(1)建立了基于掘进参数的TBM隧道围岩等级实时识别模型。基于现场掘进数据对TBM掘进参数和围岩等级之间的关系进行了研究,分析了推力、转速、扭矩、净掘进速度、施工速度、利用率、贯入度、场切深指数和开挖比能9个参数在各级围岩下的分布情况;对比了主成分回归、偏最小二乘回归与原始参数作为模型输入变量时多元线性回归模型的均方根误差,在此基础上建立了基于推力、扭矩、转速和净掘进速度实时识别围岩等级RF模型,识别准确率85%;之后与BPNN、BN、SVM、KNN四种机器学习模型进行了准确率对比,四种模型的准确率依次为75%、72.5%、77.5%和52.5%,结果表明RF模型的识别准确率是最高的。(2)提出了基于掘进性能的TBM隧道围岩分级方法。选取施工速度和开挖比能作为TBM掘进性能的衡量指标,建立掘进性能围岩分级方法(TP分级),对各TP等级围岩中推力、扭矩、转速、贯入度、净掘进速度、利用率的分布情况进行正态分布验证,并对传统稳定性分级和TP分级下净掘进速度与推力的相关性进行了比较,证明了 TP分级方法的优越性;通过MIV-BPNN进行输入变量筛选,建立基于SVM的TP围岩等级识别模型,识别准确率高达95%,可以实现对围岩TP等级的准确识别。(3)建立了基于LSTM网络的TBM掘进参数时序预测模型。通过对比LSTM模型与传统回归模型BPNN、GRNN、SVR模型的预测效果,发现在各级围岩、各个掘进参数的预测精度上,LSTM模型都是更优的;比较LSTM模型对于各级围岩不同掘进参数的预测结果,发现围岩等级越高模型预测精度越高,对于施工速度的预测精度在各级围岩中均为最低,对于推力和净掘进速度的预测效果在各级围岩中最好。(4)基于围岩等级实时识别的RF模型和净掘进速度预测的LSTM模型,建立了以净掘进速度最大为优化目标,对刀盘推力和转速进行优化的蚁群模型。对比了穷举法模型、模拟退火模型和蚁群模型的优化效果,三种模型在优化效果上相差无几,但蚁群模型计算速度最快,仅为穷举法的1/6~1/12;通过自主研发的TBM模拟掘进装置对蚁群优化模型进行实验验证,结果表明蚁群模型寻优的推力和转速即为最佳参数组合,且实际净掘进速度与蚁群模型预测结果一致。

赵帅[4](2021)在《基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测》文中进行了进一步梳理岩爆是隧道工程中典型的地质灾害,强烈的岩爆可造成重大财产损失和人员伤亡。随着我国经济的快速发展,对地下深部资源开采和地下工程建设的需求愈发强烈,对岩爆预测与防治的研究也愈发重要。故本文建立基于KPCA-WOAKELM的岩爆烈度预测模型。(1)根据岩爆的影响因素、特点及成因,收集国内外岩爆数据,选取弹性能量指数、围岩最大切应力、单轴抗压强度、岩爆埋深、应力集中系数、脆性系数、单轴抗拉强度等指标作为岩爆烈度预测模型的输入数据,建立多维岩爆烈度预测系统。(2)考虑到岩爆预测数据之间的多维交叉冗余性,使用核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)对岩爆数据集做特征压缩,简化预测模型的输入数据,相比于传统的主成分分析(Principal Component Analysis,PCA),KPCA能对数据集做非线性降维,简化模型输入参数的同时充分保留数据的特征信息。(3)使用核极限学习机(Kernel Based Extreme Learning Machine,KELM)拟合评判指标与岩爆烈度间的非线性映射关系,同时为解决因人工设置参数而影响KELM预测效果的问题,使用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)寻优KELM的正则化系数C和核函数参数s以提高其预测性能。将KPCA与之相结合建立KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测模型。(4)为验证模型的预测性能,将之与Cubic KNN、Coarse Tree、KELM、WOA-KELM、Linear SVM等机器学习算法进行对比,并使用准确率、精确率、召回率、F值、Kappa系数、海明距离等指标综合量化对比模型的预测性能。最后通过秦岭终南山公路隧道岩爆实例验证该模型的工程实用价值,同时使用Boosted Tree、PCA-Linear SVM、Fine KNN等机器学习算法作为对照。研究表明,KPCA-WOA-KELM能有效地简化数据结构,避免局部最优解,提高岩爆烈度预测模型的准确性。

张宝玉[5](2021)在《断续节理围岩开挖卸载变形破坏及支护作用分析》文中指出工程岩体是结构面和岩块的空间排列组合体。大量工程实践表明,工程岩体的变形破坏不只取决于岩石性质,更主要受结构面的影响。而所有类型的结构面中,节理在工程岩体中存在的概率相对来说要高得多。目前地下工程一般建在完整岩体或断续节理岩体中,断续节理的存在使围岩的稳定性、变形特征和应力分布更加复杂,围岩的破坏往往是由于裂纹在节理间扩展贯通导致的。因此研究断续节理围岩的变形破坏对于地下工程实践意义重大。本文基于颗粒流软件PFC2D,采用“先加载后开挖”的方法展开相关研究。研究结果对进一步了解在断续节理岩体中开挖硐室后围岩的变形破坏及支护的设计提供一定参考。首先研究了平节理模型细观参数标定的方法,为后续快速准确地标定细观参数并正确进行模拟分析奠定基础。选取合适的宏细观参数作为试验因素,用正交设计方案安排数值试验,通过多因素方差分析及回归分析,确定了各宏观参数与主要细观参数间的拟合关系,并对宏细观参数间的趋势关系进行了分析,提出了平节理模型细观参数标定流程,并验证了此标定流程的可行性。其次建立了断续节理岩体数值模型进行开挖模拟,从细观角度分析了断续节理围岩的变形破坏规律。结果表明断续节理围岩的破坏主要是由于围岩中产生的宏观破坏面与既有节理连接贯通导致的,节理与洞边界相交的地方位移会较大,断续节理倾角、断续节理连续度、侧压力系数会影响围岩的应力分布、位移分布、破坏模式以及围岩的损伤范围和损伤程度,在断续节理倾角小、断续节理连续度大、侧压力系数小时围岩的损伤范围更大且更严重。最后以锦屏二级水电站引水隧洞为工程背景,进行工程尺度的开挖支护模拟,比较分析了薄喷衬砌TSL和混凝土衬砌的支护作用,进一步探讨了新型锚喷支护(锚杆+TSL)的作用机理及支护时机的影响。结果表明TSL喷层基本不能抑制围岩的变形破坏,但可以将剥落的碎块固定在合适的位置,阻止其掉入隧洞中,TSL和锚杆构成的新型锚喷支护结构中,锚杆的作用是“支”,TSL的作用是“护”,围岩的变形破坏程度随支护时机的滞后先减小后增大。

高成路[6](2021)在《隧道开挖卸荷作用下岩体破坏突水近场动力学模拟分析方法》文中研究指明突水灾害严重制约着我国隧道及地下工程建设向更高质量、更高效率迈进,成为交通强国战略目标实现道路上的一道阻碍。深入认识突水灾变演化过程及其灾变机理,是解决隧道施工安全防控难题的理论基础。近年来,随着计算机技术的飞速发展和数值分析方法的广泛应用,利用数值模拟手段解决工程建设难题、再现地质灾害演化过程、揭示灾变过程中关键信息演化规律逐渐成为了研究热点,也为科学认识隧道突水灾变演化过程提供了解决思路。本文以隧道开挖卸荷作用下岩体破坏突水近场动力学模拟分析方法为主要研究目标,针对隔水岩体在隧道开挖卸荷与地下水渗流综合作用下发生的渐进破坏过程,利用基于非局部作用思想的近场动力学方法,采用理论分析、数学推导、程序研发、算例验证以及工程应用等手段,通过将近场动力学在模拟固体材料连续-非连续变形损伤与地下水渗流两方面的优势相结合,建立了描述流体压力驱动作用下裂隙岩体流-固耦合破坏过程的近场动力学模拟分析方法,并提出了描述隧道开挖卸荷效应的物质点休眠法与三维高效求解的矩阵运算方法,构建了考虑卸荷效应的应力-渗流近场动力学模拟方法,成功应用于典型岩溶隧道突水灾变过程模拟,揭示了不同影响因素对隔水岩体渐进破坏突水灾变演化过程的影响规律,为隧道突水等相关地质灾害的预测预警及安全防控提供了重要的研究手段。(1)岩体往往是由节理裂隙等不连续结构面切割而成的岩块构成的,存在明显的不连续变形特征。据此,通过引入描述节理裂隙强度弱化效应的折减系数建立了节理裂隙岩体强度折减本构模型,通过引入反映物质点不可压缩效应的短程排斥力和反映材料非均质特性的Weibull分布函数建立了描述材料在压缩荷载作用下发生非均匀破坏的近场动力学基本控制方程,并且自主研发了基于矩阵运算的三维近场动力学高效求解方法和程序,实现了近场动力学在节理裂隙岩体压缩破坏过程中的有效模拟。(2)裂隙岩体流-固耦合破坏机制是隧道岩体破坏突水灾变演化过程模拟的关键。据此,基于近场动力学非局部作用思想,建立了模拟地下水渗流的等效连续介质、离散裂隙网络介质以及孔隙-裂隙双重介质近场动力学模拟方法,结合有效应力原理,提出了反映固体材料变形破坏与地下水渗流耦合作用的物质点双重覆盖理论模型,建立了模拟裂隙岩体水力压裂过程的近场动力学流-固耦合模拟方法,揭示了裂隙岩体水力压裂过程中应力-渗流-损伤耦合作用机制。(3)开挖卸荷是诱发隧道围岩损伤破坏及突水的主要原因,目前近场动力学方法尚未在岩土工程领域广泛应用,且缺乏描述围岩卸荷过程的理论与方法。据此,提出了模拟隧道开挖卸荷效应的物质点休眠法,通过与工程现场观测数据及前人研究结果进行对比,验证了该方法在模拟隧道开挖损伤区演化规律方面的有效性和可靠性,进而建立了考虑卸荷效应的应力-渗流近场动力学模拟方法,实现了应力-渗流耦合作用下节理地层隧道开挖损伤区分布位置及形态的有效预测,为隧道施工过程岩体破坏突水灾变模拟提供了有效的数值方法。(4)隧道岩体破坏突水是不良地质构造与地下工程活动综合作用下发生的一种典型的连续-非连续动态变化过程,对数值模型的建立和求解提出了更高的要求。据此,应用自主研发的基于矩阵运算的考虑卸荷效应的应力-渗流近场动力学模拟方法及程序,依托歇马隧道典型溶洞突水案例,实现了模型试验尺度岩溶隧道施工过程中隔水岩体在开挖卸荷与地下水渗流综合作用下,开挖损伤区与渗透损伤区接触-融合-贯通直至突水通道形成的全过程模拟。(5)岩溶隧道突水灾变机理十分复杂,正确认识突水灾变发生条件与影响规律是突水灾害防控的基础。据此,依托歇马隧道工程实例,开展了工程尺度岩溶隧道突水灾变过程模拟,通过对比分析不同影响因素条件下隔水岩体渐进破坏与突水通道形成过程,揭示了溶洞发育规模、溶洞水压力、围岩材料性能和隧道埋深等因素对突水灾变过程的影响机制,通过防突结构最小安全厚度和突水防控措施分析,为岩溶隧道突水灾害预测预警及安全防控提供了科学指导。(6)近场动力学凭借其模拟材料损伤破坏的独特优势,在岩土工程领域拥有巨大的应用潜力,但是目前尚无成熟的数值仿真软件推广应用。据此,基于自主研发的考虑卸荷效应的应力-渗流近场动力学模拟方法及程序,利用C++与Matlab混合编程技术,开发了具有自主知识产权的界面友好、操作方便、扩展性强的适用于岩土工程问题的专业数值仿真软件——近场动力学工程仿真实验室(PESL),为近场动力学在岩土工程及其他领域的推广应用提供了借鉴。

公惠民[7](2021)在《填海区浅埋暗挖隧道大变形机理研究》文中研究指明随着我国城市基础设施建设的迅猛发展,城市隧道工程作为城市道路交通网的重要组成部分,已成为缓解城市交通压力和利用城市地下空间的重要途径之一。城市浅埋暗挖隧道建设过程中往往伴随着一系列的工程难题,当在填海区地层中进行浅埋暗挖隧道的修建时出现了地层大变形的问题,如何保障隧道工程的顺利进行和周边环境安全十分重要。进行填海区隧道开挖地层大变形机理的研究具有重要的理论价值和实践意义。本文依托厦门海沧海底隧道陆域段工程进行研究,通过地质调查、现场监控量测、理论分析、数值模拟、模型试验等方法对填海区隧道开挖大变形问题进行系统研究,揭示了填海区浅埋暗挖隧道围岩大变形机理。主要研究内容及结论如下:(1)通过现场监控量测及数据分析,总结了填海区大断面浅埋暗挖隧道地层变形的典型特征,分析了隧道开挖后地层大变形的影响因素,基于随机介质理论推导了填海区富水复合地层暗挖三心圆断面隧道施工引起地表沉降的计算公式,并提出了考虑富水土-岩复合地层及隧道断面几何特征影响的地表沉降主要影响角的修正形式,推导了填海区复合地层由于开挖失水固结沉降产生的地表沉降计算公式。(2)开发了数值模拟建模辅助软件,开展了多种工况下的填海区浅埋暗挖隧道开挖数值模拟。通过对不同工况条件下数值计算结果的对比分析可以发现,围岩应力释放地下水渗流作用是填海区隧道产生大变形的关键因素,考虑地下水渗流作用时围岩最大竖向位移为234.8 mm,比不考虑地下水渗流时增大了约45.2%。拱顶围岩主要的应力释放集中在中导洞上台阶开挖过程中,同时,在此阶段拱顶围岩孔隙水压力几乎完全消散,应力的释放和孔隙水压力的消散引起地层变形加剧,并向上传递至地表引起明显的地表沉降。此外,还分别研究了爆破振动荷载及地表行车动荷载对填海区隧道围岩稳定性的影响,研究发现地表行车动荷载的主要影响范围在地表以下10 m以内,地表行车荷载对地表变形有较大影响,地表沉降大小及沉降槽宽度均有所增加。(3)研制了填海区浅埋暗挖隧道地质力学模型试验复合地层的相似材料,分别确定了填海区回填土层、强风化花岗岩、微风化花岗岩三种相似材料的骨料、胶结材料及调节剂,进行了填海区地层三种相似材料的正交试验研究,分别对三种类型相似材料的物理力学参数进行了敏感性分析,定性分析了各项参数的主要影响因素及其规律,确定了可以模拟填海区杂填土层、强风化花岗岩、微风化花岗岩的相似材料的配比方案。(4)研发了填海区隧道地质力学模型试验系统,还原了填海区隧道双侧壁导坑法动态施工过程,揭示了填海区隧道施工过程围岩应力场、位移场、渗流场的演化规律。各施工阶段中,中导洞上台阶的开挖对拱顶位移和地表沉降影响最大,中导洞下台阶的开挖对地表沉降的影响最小。拱顶的围岩应力状态可以分为匀速释放、急剧释放、基本稳定三个阶段。随着隧道各分断面的开挖,拱顶围岩的孔隙水压力在不同施工阶段呈现出不同程度的阶梯状耗散,中导洞上台阶开挖后洞周孔隙水压力几乎完全消散,拱顶竖向变形的变化速率、围岩应力释放速率和渗压的耗散速率三者之间密切相关。(5)揭示了填海区浅埋暗挖隧道大变形机理,填海区特殊的岩土体性质、水文条件是驱动填海区浅埋暗挖隧道围岩大变形孕育发生的基础条件和根本原因,由于开挖产生的应力释放和地层失水固结则直接造成了填海区浅埋暗挖隧道大变形的形成,爆破施工扰动和地表行车动荷载扰动是造成围岩大变形的次要因素。

司剑峰[8](2021)在《深水钻孔爆破的冲击波衰减规律及防护研究》文中研究说明随着海洋开发战略的逐步实施,水下工程逐渐由内河走向近海、浅海走向深海,深水爆破是未来水下爆破工程发展的必然趋势。复杂多变的海洋环境(风、浪、流)以及水深的变化给水下爆破施工器材、施工工艺、安全防护等都提出了新的要求。水下爆破冲击波效应既是水下岩石破碎的基础,也是水下爆破危害效应的主要来源。如何利用爆炸冲击波实现有效破岩、降低基岩损伤、削弱其危害效应,一直是水下爆破领域研究的热点和难点。因此,研究深水条件下水下爆破冲击波基本特性,提高冲击波水下破岩能力以及寻求有效的深水爆破冲击波安全防护理论和方法具有重要的理论意义和工程价值。论文以《甬舟铁路西堠门公铁两用大桥金塘岛侧主塔基础爆破工程》为背景,围绕深水条件钻孔爆破冲击波基本特性及防护问题开展了一系列理论、试验、仿真分析,尤其是在基岩损伤的防护和深水水中冲击波气泡帷幕防护方面,提出了“基于孔内复合消聚能结构的深水钻孔爆破基岩损伤防护方法”和“基于高压气体瞬时释放型气幕的深水冲击波防护方法”,开展了水下钻孔爆破孔内消聚能理论和随机分布式气幕阻波理论的研究,分别对其防护机理、防护效果与评价办法进行了深入的研究和探索。(1)分析了40m、65m、90m深水环境下水下钻孔爆破水中冲击波传播衰减规律以及不同静水压力对水底层冲击波传播衰减的影响规律。研究发现:在水平方向和竖直方向上冲击波峰值衰减随距离的增加呈指数衰减形式;不同水深工况下,冲击波衰减速度随着水深的增加而增加,在靠近水底位置,炮孔附近水域中的初始冲击波峰值较大,但随着传播距离的增加其衰减的也最快,但200m范围内靠近水底位置冲击波峰值基本都高于其上方水域;基于EMD方法并结合Hilbert变换,对深水钻孔爆破水中冲击波信号进行了分析,揭示了其时频特性和能量分布规律。(2)根据应力波在介质中传播的透射、反射作用理论,对“基于孔内复合消能结构的深水钻孔爆破基岩损伤防护方法”进行了理论研究,并开展了水深40m环境下的室内模拟试验,通过对试样外观、裂纹分布和炮孔爆腔形状及尺寸的分析验证了高阻抗球体和粗砂垫层组成的复合消结构在水下钻孔爆破中可有效减少孔底基岩损伤,提高上部岩体破碎效果的防护作用。提出了一种基于PZT压电陶瓷主动监测的波动分析方法,建立了基于波能量RMSD的混凝土损伤指标,定量分析了在有无消能结构防护下的混凝土损伤范围和孔底损伤深度。研究发现,水下钻孔爆破中爆破介质会在炮孔底部发生损伤的突变,具有消能结构的炮孔其突变程度更大,且突变点更靠近炮孔底部;结合损伤深度测试和计算,具有消能结构的试样其最小损伤点出现在孔底20mm处,比无消能结构的试样损伤深度减小了25%。目前,该研究成果已运用于《甬舟铁路西堠门公铁两用大桥金塘岛侧主塔基础爆破工程》。(3)在传统气泡帷幕防护技术基础上,提出了一种“基于高压气体瞬时释放型气幕的水中冲击波防护方法”。基于气幕形态特性的考虑,细化了气幕对水中冲击波的透、反射系数公式。在此基础上,构建了室内小型高压气幕发生装置,进行了气幕形态高速摄影和冲击波压力测试试验研究。研究发现,随着气源压力的增加,气幕连续性增强且具有更高的气体能流密度和抵抗外载荷干扰的能力,气幕持续时间也相应增加;根据冲击波测试结果,结合信号分析,发现不同高压气幕对爆源50cm处冲击波峰值衰减率在32.3%~76.7%,总能量衰减率在32.7%~71.4%,气源压力越大,防护效果越好。(4)考虑形态对气幕阻波效果的影响,提出了一种基于随机分布形式的水中气泡帷幕计算模型的构建方法,实现了气泡在气幕区域内的随机投放,该方法突出了气幕区域气液共存、边界轮廓多变且气体分布高度不连续和非均匀性的特点,丰富和完善了水下爆破冲击波气幕数值计算模型的构建方法。

冯博[9](2021)在《高地应力区开挖作用下地下洞室围岩破坏机制与稳定性分析 ——以双江口水电站尾水隧洞为例》文中进行了进一步梳理中国是全球水利水电工程建设大国,尤其是以地质条件复杂、地应力水平高的西南地区为代表的水电站规模位于世界前列。水电站建设是一个复杂的系统工程,不可避免地需要进行大规模的岩体开挖,岩体开挖会打破原有的应力平衡状态,在洞室围岩产生应力集中现象,导致洞室围岩失稳现象的发生,对水电站建设进程及后期的正常运营产生严重的影响。因此,开展高地应力区开挖扰动条件下的水电站地下洞室围岩稳定性研究具有重要的工程意义。本文以“高应力区地下洞室开挖围岩失稳机制”这一关键科学问题为核心,依托双江口水电站尾水隧洞微震监测项目,对开挖过程中的围岩微震活动特征、震源参数及微破裂机制进行分析,提出了一个新的围岩稳定性评价指标。同时,采用基于强度折减法的真实破裂过程分析软件RFPA2D-SRM,研究了尾水隧洞开挖扰动作用下的围岩应力场与位移场分布,再现了尾水隧洞围岩微破裂渐进演化过程,揭示了围岩的损伤规律与力学机制。研究成果可为高地应力区地下洞室开挖围岩稳定性评价及灾害防治提供参考。本文的主要研究成果如下:(1)成功构建尾水隧洞微震监测系统及可回收式传感器空间阵网。通过人工定点敲击试验及单纯形法,确定了围岩P波波速为5100m/s,此时定位误差平均值为7.2m。结合现场施工情况、同类工程经验,运用时-频分析技术,对双江口水电站尾水隧洞各类事件信号进行识别,并准确地识别出微震信号,确保监测结果的准确可靠。提取爆破开挖事件后产生的首个微震事件,计算爆破点与因爆破产生的微震事件之间的距离从12.1m到44.1m不等,将50m确定为双江口水电站尾水隧洞爆破开挖的影响距离。(2)通过对尾水隧洞围岩微破裂的实时监测,分析了开挖扰动作用下尾水隧洞围岩微震时空分布规律,确定了微震活动与开挖施工的响应关系。基于日累积微震能量E和b值,提出了一个新的围岩稳定性评价指标lg E/b,能够较好地衡量围岩稳定性。分析了累积释放能量、能量指数、累积视体积的演化特征。基于矩张量反演与初动极性相结合的方法确定了尾水隧洞围岩微破裂机制。研究结果表明:lg E/b值增加至峰值是尾水隧洞围岩失稳的前兆特征,lg E/b值与施工强度具有很好的响应关系。在尾水隧洞围岩发生局部失稳前,都会出现累积释放能量与累积视体积快速增加、能量指数大幅度下降的趋势。尾水隧洞围岩微破裂机制以张拉型破裂为主。(3)利用基于强度折减法的真实破裂过程分析软件RFPA2D-SRM,依次模拟了高地应力条件下典型隧洞结构与结构面影响区开挖作用下的围岩微裂隙萌生、发育、扩展的全过程,探究尾水隧洞围岩应力场、位移场分布特征及演化规律。在此基础上,分别开展偏应力状态、结构面不同位置与不同方向影响下的尾水隧洞围岩损伤规律的数值模拟研究,确定了对围岩稳定性影响最小的水平应力值的大小、结构面的安全距离以及结构面的方向,为高地应力区洞室选址、施工进度把控以及洞室危险性评估提供了科学依据。

潘万成[10](2021)在《基于可靠度法的个旧对门山岩质高边坡稳定性研究》文中指出作为我国乃至全世界各类基础工程建设中常出现的一类工程,岩质边坡工程其自身具有的潜在危害性一直被专家学者所重视。然而传统、常用的岩质边坡稳定性评价体系存在一定主观性和局限性,无法全面、客观的评价边坡工程稳定性。为此,本文以个旧市对门山岩质高边坡为依托,通过定性分析、定量计算与可靠度分析法相结合的一套新体系全面对边坡稳定性作出评价。主要研究内容与结论如下:(1)通过FCM聚类法确定了岩体优势结构面分组数及聚类中心,再结合赤平投影原理定性分析边坡稳定性状态。分析结果表明结构面组合形成的危岩体使边坡部分处于不稳定状态。(2)依据边坡岩体分布情况与地质资料进行了边坡岩组划分,并采用RMR、Q系统法综合确定了边坡岩体质量等级,最后基于Hoek-Brown强度准则计算出岩体力学参数值。(3)引入可靠度分析法中适用于岩质边坡工程的MCS(蒙特卡罗)法,以MATLAB软件为媒介,把影响边坡稳定性的多种因素作为随机变量输入,再利用极限平衡法原理计算确定边坡失效概率。计算结果表明边坡整体失效概率远小于目标失效值,且在坡高、坡角的286种组合下有87%的组合未达到设计失效概率,表明研究边坡需及时进行治理。(4)基于刚体极限平衡法原理分别对边坡整体、危岩体进行稳定性计算,计算结果表明天然状态下边坡整体及其危岩体较为稳定,但在裂隙水及地震工况下,边坡稳定性较差,需及时进行治理,同时Flacd3d数值模拟结果论证了其计算结果的合理性。

二、岩石开挖工程随机分析原理与应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、岩石开挖工程随机分析原理与应用(论文提纲范文)

(1)基于粗粒化理论的工程尺度DEM-CFD流固耦合模拟方法及应用(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景与意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 离散元颗粒粘结模型研究现状
        1.2.2 离散元粗粒化理论研究现状
        1.2.3 岩土体渗透破坏模拟方法研究现状
        1.2.4 工程尺度灾变演化过程模拟方法研究现状
    1.3 当前研究存在的问题
    1.4 论文研究内容与技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
        1.4.3 技术路线
第二章 离散元颗粒粘结模型及模拟技术研究
    2.1 胶结砂岩物理力学性质研究
        2.1.1 白砂岩CT扫描微观结构研究
        2.1.2 白砂岩的基础力学性质研究
    2.2 颗粒离散元及其粘结模型基本原理
        2.2.1 颗粒离散元基本原理
        2.2.2 Hertz-Mindlin with bonding模型
        2.2.3 模型验证与分析
    2.3 修正的颗粒粘结模型开发
        2.3.1 修正的颗粒粘结模型
        2.3.2 修正的粘结模型程序化实现
        2.3.3 修正的粘结模型验证
        2.3.4 不同粘结模型对比分析
    2.4 基于离散元的声发射监测技术开发
        2.4.1 离散元声发射监测原理
        2.4.2 离散元声发射监测技术实现及应用
    2.5 基于DEM-MBD的真三轴伺服加载技术开发
        2.5.1 基于DEM-MBD的真三轴伺服加载原理
        2.5.2 离散元真三轴伺服加载技术实现及应用
    2.6 本章小结
第三章 基于粗粒化理论的离散元颗粒粘结模型
    3.1 岩石室内试验模拟与颗粒尺寸相关性研究
        3.1.1 岩石单轴压缩破坏与颗粒尺寸相关性
        3.1.2 岩石巴西劈裂破坏与颗粒尺寸相关性
    3.2 粗粒化颗粒粘结模型建立
        3.2.1 粗粒化基本理念
        3.2.2 粗粒化颗粒粘结模型推导
    3.3 粗粒化模型程序化及验证
        3.3.1 粗粒化颗粒粘结模型程序化实现
        3.3.2 颗粒粘结模型粗粒化模型验证
    3.4 粗粒化颗粒粘结模型的案例验证
        3.4.1 参数选取和模型标定
        3.4.2 硐室开挖损伤区模拟验证
    3.5 本章小结
第四章 基于粗粒化理论的DEM-CFD流固耦合模拟方法
    4.1 基于EDEM-Fluent的流固耦合原理及验证
        4.1.1 EDEM-Fluent流固耦合原理
        4.1.2 EDEM-Fluent流固耦合准确性验证
    4.2 基于DEM-CFD流固耦合的侵蚀弱化模型
        4.2.1 侵蚀弱化模型理论推导
        4.2.2 侵蚀弱化模型验证
    4.3 粗粒化DEM-CFD流固耦合模型及验证
        4.3.1 粗粒化DEM-CFD流固耦合模型
        4.3.2 粗粒化DEM-CFD流固耦合模型验证
    4.4 基于DEM-CFD流固耦合的粗粒化侵蚀弱化模型及验证
        4.4.1 侵蚀弱化模型的粗粒化推导
        4.4.2 粗粒化侵蚀弱化模型的验证
    4.5 本章小结
第五章 基于粗粒化理论的工程尺度突水突泥灾害模拟研究
    5.1 工程背景
        5.1.1 工程概况与地质特征
        5.1.2 突水突泥概况及原因
    5.2 模型建立与模型参数
        5.2.1 颗粒模型的建立
        5.2.2 边界条件及参数设置
    5.3 仿真结果与分析
        5.3.1 隧道开挖围岩位移与损伤规律
        5.3.2 断层渗流侵蚀弱化破坏规律
        5.3.3 突水突泥通道灾变演化规律
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在读期间参与的科研项目
在读期间发表的论文
在读期间申请的专利
在读期间登记的软件着作权
在读期间获取的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩f情况表

(2)裂隙岩体渗流-应力耦合近场动力学模拟分析方法及应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 近场动力学理论研究现状
        1.2.2 流固耦合理论研究现状
        1.2.3 流固耦合数值模拟研究现状
    1.3 目前研究存在的问题
    1.4 主要内容与创新点
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
        1.4.3 技术路线
第二章 键型近场动力学微观弹塑性本构模型
    2.1 键型近场动力学理论
        2.1.1 基本理论
        2.1.2 现有键型近场动力学本构模型
    2.2 键型近场动力学微观弹塑性本构模型
        2.2.1 基本理论
        2.2.2 模型离散化方法
        2.2.3 程序实现
    2.3 微观弹塑性本构模型应用与验证
        2.3.1 岩石单轴压缩试验
        2.3.2 岩石循环加卸载试验
        2.3.3 预制单裂隙岩石单轴压缩试验
    2.4 本章小结
第三章 态型近场动力学微观弹塑性本构模型理论
    3.1 态型近场动力学理论
        3.1.1 基本概念
        3.1.2 普通态型近场动力学基本理论
        3.1.3 二维平面应变问题
        3.1.4 二维平面应力问题
    3.2 态型近场动力学微观弹塑性本构模型
        3.2.1 基本理论
        3.2.2 程序实现
    3.3 微观弹塑性本构模型应用与验证
    3.4 本章小结
第四章 近场动力学与有限体积法耦合计算方法
    4.1 有限体积法概述
    4.2 近场动力学与有限体积法耦合理论
        4.2.1 固体模块计算
        4.2.2 流体模块计算
        4.2.3 耦合计算方案
        4.2.4 程序开发实现
    4.3 流固耦合模拟应用与验证
        4.3.1 多孔介质渗流模拟
        4.3.2 流体驱动的裂缝扩展模拟
    4.4 本章小结
第五章 泉域地铁修建与地下水渗流相互影响规律
    5.1 工程概况
        5.1.1 地形地貌
        5.1.2 区域水文地质条件
    5.2 泉域地铁修建对地下水渗流影响规律分析
        5.2.1 计算模型建立
        5.2.2 计算工况设置
        5.2.3 模拟结果分析
    5.3 泉域地铁修建与裂隙岩体渗流-应力耦合模拟
        5.3.1 计算模型建立
        5.3.2 计算工况设置
        5.3.3 模拟结果分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在读期间参与的科研项目
在读期间发表的论文
在读期间申请的专利
在读期间获取的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表

(3)基于机器学习的TBM隧道围岩分级方法及掘进参数优化研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第—章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 TBM隧道围岩等级识别研究现状
        1.2.2 TBM隧道围岩分级方法研究现状
        1.2.3 TBM掘进参数预测研究现状
        1.2.4 TBM掘进参数优化研究现状
        1.2.5 目前研究存在的问题
    1.3 研究内容、创新点及技术路线
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 本文主要创新点
        1.3.3 本文技术路线
第二章 工程概况与TBM隧道围岩等级影响因素分析
    2.1 工程项目概况
        2.1.1 工程地质概况
        2.1.2 TBM技术参数
    2.2 岩体力学性质因素
        2.2.1 岩石单轴抗压强度
        2.2.2 岩体结构面产状
        2.2.3 岩体完整性
        2.2.4 硬度和耐磨性
    2.3 机器设备因素
        2.3.1 刀盘、刀具设计因素
        2.3.2 撑靴、刀盘扰动因素
        2.3.3 掘进参数取值因素
    2.4 本章小结
第三章 基于掘进参数的TBM隧道围岩等级实时识别研究
    3.1 各级围岩掘进参数分布
        3.1.1 箱线图原理
        3.1.2 机器参数分布
        3.1.3 掘进性能参数分布
        3.1.4 掘进指标参数分布
    3.2 模型输入变量筛选
        3.2.1 主成分回归分析
        3.2.2 偏最小二乘回归分析
        3.2.3 变量筛选
    3.3 围岩等级识别方法及模型对比
        3.3.1 随机森林算法原理
        3.3.2 基于随机森林的围岩等级实时识别模型
        3.3.3 识别模型准确率工程验证
        3.3.4 不同机器学习模型识别准确率对比
    3.4 本章小结
第四章 基于掘进性能的TBM隧道围岩分级方法优化研究
    4.1 数据收集及预处理
        4.1.1 现场数据收集
        4.1.2 数据预处理
    4.2 基于掘进性能的TBM隧道围岩分级体系
        4.2.1 掘进数据打分
        4.2.2 掘进性能围岩等级划分
        4.2.3 各级围岩分布情况
    4.3 掘进性能分级体系合理性验证
        4.3.1 正态分布验证及掘进参数区间预测
        4.3.2 净掘进速度-推力相关性验证
    4.4 掘进性能围岩等级识别
        4.4.1 掘进性能等级识别模型
        4.4.2 基于MIV-BPNN的变量筛选
        4.4.3 掘进性能等级识别结果
    4.5 本章小结
第五章 基于围岩等级识别的TBM掘进参数预测及优化研究
    5.1 TBM掘进参数时序预测模型
        5.1.1 传统RNN网络原理
        5.1.2 LSTM网络原理
        5.1.3 LSTM模型
    5.2 工程实例验证及方法对比
        5.2.1 现场数据收集
        5.2.2 各级围岩LSTM模型预测结果
        5.2.3 模型预测结果误差分析
        5.2.4 LSTM模型与经典回归模型对比
    5.3 TBM掘进参数优化模型
        5.3.1 优化算法介绍
        5.3.2 掘进参数优化模型比选
    5.4 蚁群算法优化模型实验验证
        5.4.1 相似材料配比及模型试验
        5.4.2 蚁群模型优化结果验证
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间参与的科研项目
在读期间撰写/发表的论文
在读期间授权的专利
在读期间获得的奖励
学位论文评阅及答辩情况表

(4)基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 岩爆的研究背景及意义
    1.2 国内外岩爆研究现状
        1.2.1 岩爆的基本特征
        1.2.2 岩爆的分类研究现状
        1.2.3 岩爆烈度划分研究现状
        1.2.4 岩爆发生机理研究现状
        1.2.5 岩爆试验研究现状
        1.2.6 岩爆防治研究现状
    1.3 本文主要研究内容和思路
    1.4 本章小结
第2章 岩爆孕育过程与预测方法
    2.1 岩爆孕育过程
    2.2 岩爆破坏形态
    2.3 岩爆预测方法
    2.4 本章小结
第3章 岩爆预测模型相关原理
    3.1 核主成分分析(KPCA)基本原理
        3.1.1 主成分分析(PCA)基本原理
        3.1.2 核主成分分析(KPCA)基本原理
    3.2 鲸鱼优化算法(WOA)基本原理
    3.3 核极限学习机(KELM)基本原理
        3.3.1 极限学习机(ELM)基本原理
        3.3.2 核极限学习机(KELM)基本原理
    3.4 本章小结
第4章 岩爆烈度预测模型建立与分析
    4.1 岩爆指标选择的原则和依据
        4.1.1 岩爆指标选取的原则
        4.1.2 岩爆指标选取的依据
    4.2 岩爆烈度预测指标选取
        4.2.1 与岩性条件相关的因素
        4.2.2 与应力条件相关的因素
        4.2.3 与围岩条件相关的因素
    4.3 岩爆烈度预测模型构建
        4.3.1 KPCA特征提取
        4.3.2 WOA的求解步骤
        4.3.3 WOA优化KELM
        4.3.4 KPCA-WOA-KELM岩爆预测模型的建立
    4.4 岩爆预测模型实测与分析
        4.4.1 岩爆模型实测结果
        4.4.2 岩爆模型结果分析
    4.5 本章小结
第5章 工程验证
    5.1 工程概况
    5.2 模型应用及算法对比
    5.3 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况
致谢
作者简介

(5)断续节理围岩开挖卸载变形破坏及支护作用分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 硐室围岩变形破坏研究现状
        1.2.2 硐室围岩支护研究现状
    1.3 本文研究内容与方法
        1.3.1 研究内容与方法
        1.3.2 技术路线
第2章 PFC~(2D)平节理模型细观参数标定方法研究
    2.1 PFC基本假设及计算原理
        2.1.1 基本假设
        2.1.2 计算原理
    2.2 接触本构模型
        2.2.1 接触刚度模型
        2.2.2 滑动模型
        2.2.3 黏结模型
        2.2.4 接触模型选取
    2.3 正交试验数值模拟
        2.3.1 正交试验原理
        2.3.2 数值试验
        2.3.3 试验参数选取
        2.3.4 正交试验设计
    2.4 模拟结果分析
        2.4.1 多因素方差分析
        2.4.2 回归分析
    2.5 标定方法及验证
        2.5.1 标定流程
        2.5.2 实例验证
    2.6 本章小结
第3章 断续节理围岩变形破坏数值分析
    3.1 数值模型及模拟流程
    3.2 断续节理倾角的影响
        3.2.1 断续节理倾角对围岩受力及位移的影响
        3.2.2 断续节理倾角对围岩破坏特征的影响
    3.3 断续节理连续度的影响
        3.3.1 断续节理连续度对围岩受力及位移的影响
        3.3.2 断续节理连续度对围岩破坏特征的影响
    3.4 侧压力系数的影响
        3.4.1 侧压力系数对围岩受力及位移的影响
        3.4.2 侧压力系数对围岩破坏特征的影响
    3.5 本章小结
第4章 断续节理围岩支护作用数值分析
    4.1 工程背景
        4.1.1 工程概况
        4.1.2 地层岩性
        4.1.3 地质构造
        4.1.4 地应力
    4.2 数值模型
        4.2.1 几何模型
        4.2.2 参数选取
        4.2.3 开挖支护模拟流程
    4.3 无支护下开挖模拟分析
    4.4 衬砌材料对围岩变形破坏的影响
    4.5 新型锚喷支护数值分析
        4.5.1 新型锚喷支护作用机理
        4.5.2 支护时机的影响
        4.5.3 TSL厚度的选择
    4.6 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的科研成果
致谢

(6)隧道开挖卸荷作用下岩体破坏突水近场动力学模拟分析方法(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 研究背景及意义
        1.1.2 选题依据与目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 隧道突水突变机理
        1.2.2 突水灾变演化过程模拟方法
        1.2.3 近场动力学在岩土工程中的应用
        1.2.4 研究现状发展趋势与存在问题
    1.3 主要内容与创新点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
        1.3.3 创新点
第二章 基于矩阵运算的裂隙岩体三维近场动力学模拟
    2.1 近场动力学基本理论
        2.1.1 连续-非连续模拟的非局部作用思想
        2.1.2 常规态型近场动力学模型
        2.1.3 动态/静态问题数值求解方法
    2.2 节理裂隙岩体强度折减本构模型
        2.2.1 基于强度折减理论的岩体本构模型
        2.2.2 岩体本构模型参数确定方法
    2.3 非均质岩体材料压缩破坏模拟
        2.3.1 岩体材料非均质特性表征
        2.3.2 岩体材料压缩破坏模拟
    2.4 基于矩阵运算的高效求解策略
        2.4.1 近场动力学矩阵运算基本原理
        2.4.2 近场动力学矩阵运算程序开发
        2.4.3 近场动力学矩阵运算效率分析
    2.5 岩体破坏三维模拟算例验证
        2.5.1 完整岩体破坏过程模拟
        2.5.2 节理岩体破坏过程模拟
        2.5.3 裂隙岩体破坏过程模拟
    2.6 本章小结
第三章 裂隙岩体应力-渗流耦合近场动力学模拟
    3.1 地下水渗流近场动力学模型
        3.1.1 等效连续介质渗流模型
        3.1.2 离散裂隙网络渗流模型
        3.1.3 孔隙-裂隙双重介质渗流模型
    3.2 裂隙岩体流-固耦合模拟方法
        3.2.1 物质点双重覆盖理论模型
        3.2.2 流-固耦合矩阵运算与程序开发
    3.3 应力状态对水力裂隙扩展路径的影响规律
        3.3.1 应力状态对水力裂隙的影响机制
        3.3.2 水力裂隙扩展路径模拟结果分析
    3.4 天然裂隙对水力裂隙扩展路径的影响规律
        3.4.1 天然裂隙与水力裂隙相互作用关系
        3.4.2 水力裂隙扩展路径模拟结果分析
    3.5 岩体裂隙网络水力压裂过程损伤破坏规律
        3.5.1 裂隙网络对水力裂隙的影响机制
        3.5.2 裂隙网络岩体水力压裂模拟结果分析
    3.6 本章小结
第四章 隧道开挖卸荷效应近场动力学模拟
    4.1 卸荷效应模拟的物质点休眠法
        4.1.1 物质点休眠法基本思想
        4.1.2 开挖卸荷模拟程序设计
    4.2 隧道开挖损伤区模拟分析
        4.2.1 隧道开挖损伤区形成机制
        4.2.2 隧道开挖损伤区演化过程
        4.2.3 隧道开挖围岩位移场变化规律
    4.3 渗流卸荷近场动力学模拟
        4.3.1 孔隙介质渗流卸荷模拟
        4.3.2 裂隙介质渗流卸荷模拟
        4.3.3 双重介质渗流卸荷模拟
    4.4 卸荷作用下应力-渗流耦合近场动力学模拟
        4.4.1 卸荷作用下应力-渗流近场动力学模拟方法
        4.4.2 卸荷作用下应力-渗流耦合模拟程序设计
    4.5 隧道开挖损伤区应力-渗流耦合模拟
        4.5.1 渗流对隧道开挖损伤区的影响机制
        4.5.2 渗透压力对隧道开挖损伤的影响规律
    4.6 本章小结
第五章 隧道隔水岩体渐进破坏突水灾变过程模拟
    5.1 歇马隧道突水灾害概述
        5.1.1 依托工程概况
        5.1.2 工程现场突水情况
    5.2 隧道岩体破坏突水地质力学模型试验
        5.2.1 地质力学模型试验概述
        5.2.2 隔水岩体渐进破坏突水过程
    5.3 隧道岩体破坏突水近场动力学模型
        5.3.1 隧道施工过程三维模型
        5.3.2 监测断面布置情况
    5.4 隧道岩体破坏突水模拟结果分析
        5.4.1 围岩损伤状态分析
        5.4.2 围岩渗流场分析
        5.4.3 围岩位移场分析
    5.5 本章小结
第六章 隧道隔水岩体渐进破坏突水影响因素分析
    6.1 岩溶隧道突水影响因素与模型设计
        6.1.1 岩溶隧道突水影响因素
        6.1.2 岩溶隧道突水模拟工况设计
    6.2 岩溶隧道突水灾变过程工程尺度模拟
        6.2.1 工程尺度模拟三维数值模型
        6.2.2 隔水岩体渐进破坏突水过程分析
    6.3 岩溶隧道突水影响因素分析
        6.3.1 溶洞发育规模
        6.3.2 溶洞水压力
        6.3.3 围岩弹性模量
        6.3.4 围岩抗拉强度
        6.3.5 隧道埋深
        6.3.6 溶洞位置
    6.4 基于数值模拟结果的隧道突水防控措施分析
        6.4.1 最小安全厚度计算结果分析
        6.4.2 岩溶隧道突水防控措施分析
    6.5 本章小结
第七章 近场动力学岩土工程数值仿真软件及应用
    7.1 数值仿真软件研发
        7.1.1 软件功能设计
        7.1.2 软件架构设计
        7.1.3 软件运行环境
    7.2 数值仿真软件介绍
        7.2.1 用户界面介绍
        7.2.2 使用方法介绍
    7.3 应用实例分析
        7.3.1 模型概况
        7.3.2 模拟结果分析
    7.4 本章小结
第八章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
参考文献
博士期间参与的科研项目
博士期间发表的论文
博士期间申请的专利
博士期间获得的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表

(7)填海区浅埋暗挖隧道大变形机理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 隧道浅埋暗挖引起地层变形的理论研究
        1.2.2 隧道浅埋暗挖引起地层变形的数值解析研究
        1.2.3 隧道浅埋暗挖引起地层变形的模型试验研究
        1.2.4 填海区隧道工程研究现状
        1.2.5 目前存在的问题
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本文技术路线
    1.5 主要创新点
第二章 填海区浅埋暗挖隧道地层变形的理论分析
    2.1 填海区工程地质特征
        2.1.1 工程概况
        2.1.2 工程地质条件
    2.2 填海区浅埋暗挖隧道开挖地层大变形特征
    2.3 填海区浅埋暗挖隧道地层大变形影响因素
        2.3.1 工程地质条件
        2.3.2 施工条件
    2.4 填海区浅埋暗挖隧道地层变形计算
        2.4.1 随机介质理论
        2.4.2 填海区隧道开挖引起的地表沉降计算
        2.4.3 填海区复合地层主要影响角的修正
        2.4.4 填海区隧道开挖疏水引起的地表沉降计算
    2.5 本章小结
第三章 填海区浅埋暗挖隧道大变形的数值模拟研究
    3.1 数值模拟理论基础
        3.1.1 流-固耦合计算原理
        3.1.2 动力计算原理
    3.2 数值模拟方案
        3.2.1 基本假设
        3.2.2 本构模型的选取
        3.2.3 基于辅助建模软件开发的数值模型建立
        3.2.4 边界条件及施工模拟
    3.3 数值模拟结果分析
        3.3.1 围岩位移场演化特征
        3.3.2 地表沉降分布规律
        3.3.3 围岩应力场演化规律
        3.3.4 围岩渗流场变化特征
    3.4 爆破振动对填海区隧道围岩稳定性的影响
    3.5 车辆荷载对填海区隧道围岩稳定性的影响
    3.6 本章小结
第四章 填海区浅埋暗挖隧道大变形的模型试验研究
    4.1 模型试验相似原理
    4.2 相似材料研制原则
    4.3 相似材料研制试验方案
        4.3.1 原材料的确定
        4.3.2 正交试验设计
        4.3.3 相似材料制作流程
    4.4 相似材料物理力学性质
        4.4.1 相似材料物理力学性质试验
        4.4.2 强风化花岗岩相似材料敏感性分析
        4.4.3 微风化花岗岩相似材料敏感性分析
        4.4.4 杂填土相似材料敏感性分析
        4.4.5 填海区地层相似材料配比选择
    4.5 模型试验系统设计
        4.5.1 试验台架构建
        4.5.2 多元信息监测系统
        4.5.3 动力加载单元
    4.6 地质力学模型试验流程
        4.6.1 相似模型建造
        4.6.2 监测元件布设方案
        4.6.3 开挖流程模拟
    4.7 模型试验结果分析
        4.7.1 地层变形演化规律
        4.7.2 地表沉降演化规律
        4.7.3 围岩应力场演化特征
        4.7.4 渗透压力演化特征
    4.8 地表车辆荷载的影响规律
    4.9 本章小结
第五章 填海区浅埋暗挖隧道大变形机理分析
    5.1 开挖应力释放对变形的影响
    5.2 地下水作用对变形的影响
    5.3 爆破施工扰动的影响
    5.4 地表行车动荷载的影响
    5.5 填海区隧道大变形演化过程
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在读期间参与的科研项目
在读期间发表的论文
在读期间授权的专利
在读期间授权的软件着作权
在读期间获得的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表

(8)深水钻孔爆破的冲击波衰减规律及防护研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 目前存在的问题
    1.4 论文的主要研究内容
    1.5 研究方法及技术路线
第2章 水下钻孔爆破破岩机理及岩石中应力波特性
    2.1 水下钻孔爆破破岩机理
        2.1.1 岩石动力学特性
        2.1.2 水下钻孔爆破破岩机理
    2.2 应力波在岩石中的传播特性
        2.2.1 岩石中应力波特性
        2.2.2 水下钻孔爆破孔壁压力计算
        2.2.3 粉碎区及裂隙区半径计算
第3章 深水钻孔爆破的冲击波传播衰减规律研究
    3.1 引言
    3.2 水中冲击波特性
        3.2.1 水下爆破基本现象及特点
        3.2.2 水中冲击波传播理论
        3.2.3 水中冲击波的基本方程
        3.2.4 水中冲击波基本参数
    3.3 深水钻孔爆破冲击波传播及衰减规律
        3.3.1 40m水下钻孔爆破水中冲击波分布及传播规律
        3.3.2 65m水下钻孔爆破水中冲击波分布及传播规律
        3.3.3 90m水下钻孔爆破水中冲击波分布及传播规律
        3.3.4 水深对水下钻孔爆破冲击波分布及传播影响分析
        3.3.5 小结
    3.4 基于HHT的水中冲击波信号时频特性分析
        3.4.1 HHT信号分析方法及原理
        3.4.2 水下钻孔爆破冲击波信号随水平距离增加的频谱特性分析
        3.4.3 水下钻爆孔口上方冲击波信号沿高程变化的频谱特性分析
    3.5 本章小结
第4章 深水钻孔爆破基岩损伤防护研究
    4.1 引言
    4.2 水下岩石基础开挖成型消能-聚能联合控制爆破技术
        4.2.1 ERB技术工艺及装药结构
        4.2.2 水下钻孔爆破中ERB基岩防护理论
        4.2.3 冲击波对岩体的损伤指标
    4.3 模拟40M水下ERB深水钻孔爆破损伤防护试验
        4.3.1 水下基岩损伤防护爆破试验方案设计
        4.3.2 水下基岩损伤防护爆破试验步骤及结果
    4.4 ERB基岩损伤防护效果评价与分析
        4.4.1 基于PZT的基岩损伤监测原理
        4.4.2 基于PZT主动式监测方案及信号采集
        4.4.3 基于PZT的基岩损伤评价及分析
        4.4.4 小结
    4.5 水下钻孔爆破孔底基岩损伤深度分析
        4.5.1 基于PZT的损伤深度监测方案及原始信号的采集
        4.5.2 ERB防护作用下基岩损伤深度分析
        4.5.3 小结
    4.6 深水钻孔爆破基岩损伤防护理论的工程应用
        4.6.1 工程背景
        4.6.2 爆破总体方案及环形沟槽基岩损伤防护爆破设计
        4.6.3 工程进展
    4.7 本章小结
第5章 深水钻孔爆破水中冲击波防护研究
    5.1 引言
    5.2 水下钻孔爆破水中冲击波防护概述
        5.2.1 水中爆破冲击波防护理论
        5.2.2 水下爆破冲击波气幕防护技术
        5.2.3 深水下爆破冲击波防护面临的主要问题
    5.3 深水高压释放型气幕基本原理
        5.3.1 高压气体释放理论
        5.3.2 深水高压瞬态气幕防护系统与持时分析
    5.4 高压释放型气幕形态特性及阻波机理研究
        5.4.1 小型高压释放型气幕发生装置的构建
        5.4.2 高压释放型气幕特性及冲击波载荷下的变形机理
        5.4.3 瞬态释放型高压气幕阻波特性试验研究
        5.4.4 考虑气幕形态影响的水中气泡帷幕阻波过程数值计算分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目

(9)高地应力区开挖作用下地下洞室围岩破坏机制与稳定性分析 ——以双江口水电站尾水隧洞为例(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 施工期地下洞室围岩稳定性研究现状
        1.2.2 微震监测技术研究现状
    1.3 本文研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 双江口水电站工程背景
    2.1 工程概况
    2.2 地形地貌
    2.3 地层岩性
    2.4 地质构造
    2.5 水文地质条件
    2.6 岩体地应力特征
    2.7 尾水隧洞施工概况及地质条件
        2.7.1 施工概况
        2.7.2 地质条件
    2.8 本章小结
3 尾水隧洞微震监测系统构建与测试
    3.1 微震监测基本原理
    3.2 微震监测系统构建
        3.2.1 系统布设
        3.2.2 供电及布线
        3.2.3 传感器的安装及回收
    3.3 定位误差与波速优化
    3.4 波形识别
    3.5 爆破影响区确定
    3.6 本章小结
4 尾水隧洞开挖过程震源参数及震源机制分析
    4.1 定量地震学理论
    4.2 微震事件时空分布规律
        4.2.1 微震事件时间分布规律
        4.2.2 微震事件空间分布规律
    4.3 微震活动与开挖施工的响应关系
    4.4 基于震源多参数综合分析的尾水隧洞围岩稳定性判别
        4.4.1 lgE/b值演化特征
        4.4.2 累积释放能量、能量指数、累积视体积演化特征
    4.5 基于矩张量反演与初动极性综合判别法的围岩微破裂破坏机制研究
        4.5.1 理论介绍
        4.5.2 尾水隧洞围岩微破裂矩张量反演与平均极性计算
    4.6 本章小结
5 开挖作用下尾水隧洞围岩损伤规律数值分析
    5.1 RFPA~(2D)-SRM基本原理
        5.1.1 细观基元赋值
        5.1.2 RFPA~(2D)-SRM的强度准则
        5.1.3 RFPA~(2D)-SRM的失稳判据与安全系数
    5.2 围岩细观力学参数确定
    5.3 典型隧洞结构开挖作用下的围岩损伤规律
        5.3.1 数值模型及其边界条件
        5.3.2 典型隧洞结构开挖数值计算结果分析
        5.3.3 典型隧洞结构开挖数值计算结果与微震监测结果的对比
    5.4 结构面影响区开挖作用下的围岩损伤规律
        5.4.1 结构面影响的应力概化模型
        5.4.2 结构面影响区隧洞开挖数值计算结果分析
    5.5 不同偏应力状态对尾水隧洞围岩稳定性的影响
    5.6 结构面位置对尾水隧洞围岩稳定性的影响
    5.7 结构面方向对尾水隧洞围岩稳定性的影响
    5.8 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(10)基于可靠度法的个旧对门山岩质高边坡稳定性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要研究内容
第二章 边坡工程地质条件
    2.1 区域地质背景
    2.2 地理位置
    2.3 地形地貌
    2.4 地层岩性
    2.5 地质构造
    2.6 水文地质条件
    2.7 不良地质作用
第三章 基于赤平投影和FCM法的边坡稳定性分析
    3.1 岩体结构面调查和分析
    3.2 基于FCM法的优势结构面确定
    3.3 赤平投影法的边坡稳定性分析
    3.4 小结
第四章 边坡岩体力学参数研究
    4.1 前期工作
    4.2 岩体质量分级
    4.3 岩体参数确定
    4.4 小结
第五章 边坡可靠度研究与评价
    5.1 边坡可靠度理论
    5.2 常见边坡可靠度分析法
    5.3 边坡目标可靠度的确定
    5.4 基于MCS边坡可靠度分析
    5.5 小结
第六章 边坡稳定性计算及FLAC3D数值模拟
    6.1 边坡极限平衡法稳定性计算
    6.2 基于FLAC3D边坡数值模拟
    6.3 小结
第七章 结论及展望
    7.1 主要结论
    7.2 展望与不足
致谢
参考文献
附录
    附录A 硕士研究生期间发表论文
    附录B 硕士研究生期间参与项目

四、岩石开挖工程随机分析原理与应用(论文参考文献)

  • [1]基于粗粒化理论的工程尺度DEM-CFD流固耦合模拟方法及应用[D]. 商成顺. 山东大学, 2021(12)
  • [2]裂隙岩体渗流-应力耦合近场动力学模拟分析方法及应用[D]. 李卓徽. 山东大学, 2021(09)
  • [3]基于机器学习的TBM隧道围岩分级方法及掘进参数优化研究[D]. 傅康. 山东大学, 2021(12)
  • [4]基于KPCA-WOA-KELM的岩爆烈度预测[D]. 赵帅. 河北工程大学, 2021(08)
  • [5]断续节理围岩开挖卸载变形破坏及支护作用分析[D]. 张宝玉. 太原理工大学, 2021(01)
  • [6]隧道开挖卸荷作用下岩体破坏突水近场动力学模拟分析方法[D]. 高成路. 山东大学, 2021(11)
  • [7]填海区浅埋暗挖隧道大变形机理研究[D]. 公惠民. 山东大学, 2021(12)
  • [8]深水钻孔爆破的冲击波衰减规律及防护研究[D]. 司剑峰. 武汉科技大学, 2021(01)
  • [9]高地应力区开挖作用下地下洞室围岩破坏机制与稳定性分析 ——以双江口水电站尾水隧洞为例[D]. 冯博. 大连理工大学, 2021(01)
  • [10]基于可靠度法的个旧对门山岩质高边坡稳定性研究[D]. 潘万成. 昆明理工大学, 2021(01)

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岩石开挖工程随机分析原理及应用
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