本文關(guān)鍵詞：基于突變理論的地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著近年來我國(guó)水利事業(yè)重心逐漸轉(zhuǎn)移到西南高山峽谷當(dāng)中,地下廠房已經(jīng)成為水利樞紐建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán),因而地下廠房圍巖體系的穩(wěn)定性研究也顯得至關(guān)重要,不僅關(guān)系著地下工程的使用功能的實(shí)現(xiàn),更直接影響著施工人員的生命安全。但是由于巖土工程特殊的非線性和復(fù)雜性,對(duì)圍巖穩(wěn)定的分析方法還沒有形成一個(gè)為業(yè)界廣泛接受的方案,本文試圖以突變理論為基礎(chǔ),以有限元數(shù)值分析方法為手段,對(duì)地下洞室圍巖穩(wěn)定狀況提供一個(gè)量化的指標(biāo)。本論文的工作主要集中在以下四個(gè)方面:(1)依據(jù)尖點(diǎn)突變的平衡曲面和投影面形式,詳細(xì)闡述了控制變量的連續(xù)移動(dòng)如何引起狀態(tài)變量的突變。突變特征值是判斷是否發(fā)生突變的主要指標(biāo),只有當(dāng)突變特征值由正數(shù)變?yōu)樨?fù)數(shù)再變?yōu)檎龜?shù)時(shí),此時(shí)平衡點(diǎn)的投影穿過分叉點(diǎn)集,平衡點(diǎn)由上葉(下葉)經(jīng)分歧點(diǎn)集跳躍到下葉(上葉),狀態(tài)變量發(fā)生突變。通過分析平衡點(diǎn)投影的運(yùn)動(dòng)軌跡,可以得到突變發(fā)生的詳細(xì)過程。(2)對(duì)于無法得到勢(shì)函數(shù)準(zhǔn)確表達(dá)式的情況,可以通過一系列模擬計(jì)算得到的特解來反演出勢(shì)函數(shù)的近似形式。利用廣義非線性反演的辦法,將特解值序列反演得到狀態(tài)變量的非線性動(dòng)力學(xué)方程,然后推出勢(shì)函數(shù)的表達(dá)式,并通過線性變化轉(zhuǎn)化為尖點(diǎn)突變的標(biāo)準(zhǔn)形式,此時(shí)得到的勢(shì)函數(shù)是模型某一階段平均狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的勢(shì)函數(shù)。(3)通過分析開挖過程中圍巖狀態(tài)的變化,選出洞周最大位移、應(yīng)變能、塑性耗散能和熵這四個(gè)最能代表圍巖整體狀態(tài)變化的量作為失穩(wěn)判據(jù)。通過計(jì)算每一步開挖之后,四個(gè)判據(jù)的取值,擬合得到分別以位移、應(yīng)變能、塑性耗散能和熵作為狀態(tài)變量的勢(shì)函數(shù)和突變特征值,通過對(duì)突變特征值和平衡點(diǎn)投影遷移軌跡的分析來確定圍巖失穩(wěn)發(fā)生時(shí)所在的開挖步。(4)對(duì)于開挖之后能保持穩(wěn)定的系統(tǒng),利用強(qiáng)度折減法計(jì)算其不同折減系數(shù)下對(duì)應(yīng)的拱頂位移、應(yīng)變能和屈服面積,以這三個(gè)判據(jù)作為狀態(tài)變量,反演得到勢(shì)函數(shù)和尖點(diǎn)突變的標(biāo)準(zhǔn)形式,計(jì)算得到突變特征值,分析突變特征值的變化情況得到發(fā)生突變的折減系數(shù),即為系統(tǒng)的安全系數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：地下工程 圍巖穩(wěn)定 尖點(diǎn)突變 非線性反演 強(qiáng)度折減
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV223
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究背景和意義8-9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 解析法10
• 1.2.2 圍巖分類法10-11
• 1.2.3 工程類比法11-12
• 1.2.4 地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)12-13
• 1.2.5 數(shù)值模擬法13-14
• 1.2.6 研究現(xiàn)狀總結(jié)14-15
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 突變理論基本原理16-22
• 2.1 基本理論16-18
• 2.2 尖點(diǎn)突變模型18-20
• 2.3 突變理論的使用形式20-21
• 2.4 小結(jié)21-22
• 第3章 圍巖穩(wěn)定突變模型構(gòu)建22-36
• 3.1 構(gòu)建突變理論判據(jù)22-27
• 3.1.1 位移判據(jù)22-24
• 3.1.2 塑性耗散能判據(jù)24-25
• 3.1.3 應(yīng)變能判據(jù)25
• 3.1.4 熵判據(jù)25-27
• 3.2 反演非線性動(dòng)力模型27-30
• 3.3 判據(jù)的突變分析模型30-31
• 3.4 扁平拱失穩(wěn)的突變模型分析31-34
• 3.5 小結(jié)34-36
• 第4章 地下洞室圍巖穩(wěn)定性突變模型算例分析36-61
• 4.1 算例模型構(gòu)建36-40
• 4.1.1 模型幾何參數(shù)36-37
• 4.1.2 有限元模型37-38
• 4.1.3 子開挖步設(shè)計(jì)38-39
• 4.1.4 有限元計(jì)算流程39-40
• 4.2 計(jì)算結(jié)果分析40-49
• 4.2.1 位移判據(jù)40-42
• 4.2.2 塑性耗散能判據(jù)42-45
• 4.2.3 應(yīng)變能判據(jù)結(jié)果45-47
• 4.2.4 熵判據(jù)結(jié)果47-49
• 4.3 綜合分析49-51
• 4.3.1 計(jì)算結(jié)果合理性分析49-51
• 4.3.2 突變判據(jù)的對(duì)比分析51
• 4.4 基于突變理論與強(qiáng)度折減法的圍巖安全系數(shù)分析51-60
• 4.4.1 計(jì)算原理51-52
• 4.4.2 模型設(shè)計(jì)52-53
• 4.4.3 基于塑性耗散能判據(jù)的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果53-55
• 4.4.4 基于應(yīng)變能判據(jù)的安全系數(shù)分析55-57
• 4.4.5 基于屈服單元數(shù)的安全系數(shù)分析57-58
• 4.4.6 安全系數(shù)分析結(jié)果58-60
• 4.5 小結(jié)60-61
• 第5章 結(jié)果與展望61-63
• 5.1 主要結(jié)論61-62
• 5.2 進(jìn)一步研究設(shè)想62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 致謝66-68
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果68

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