本文關鍵詞：深埋隧洞支護斷面形狀優(yōu)化

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【摘要】：在國防、水電、礦山、交通等工程領域,隧洞是一種應用十分廣泛的地下工程結構。隧洞的穩(wěn)定性與隧洞開挖的斷面形狀緊密相關,合理的斷面形狀可以改善地下隧洞的受力狀態(tài),充分發(fā)揮圍巖的自撐能力,以利于地下工程的維護。在實際的工程建設中,選定了隧洞的軸線之后,初始地應力場和圍巖介質的力學參數是基本不變的,設計時只能不斷地調整洞室斷面的幾何形態(tài)以改善圍巖的應力分布和穩(wěn)定性,這就產生了優(yōu)化隧洞斷面形狀的問題。隧洞形狀優(yōu)化是一個重要的研究課題,以往曾有較多的研究。但是,以往對孔形優(yōu)化的研究都沒有考慮隧洞支護的存在,其實際的工程意義可能會大打折扣。因為在原巖地應力很大的情況下,即使形狀再好的隧洞斷面,也不一定能保證其圍巖介質免遭破壞。而支護可以對隧洞孔邊提供徑向力,支撐圍巖并改變其應力場,起到使隧洞孔邊切向應力減小的作用。因此要避免由于圍巖被破壞而影響隧洞的穩(wěn)定,就應對開挖的隧洞作適當的支護。本文在考慮隧洞支護作用的情況下,采用平面線彈性的問題假定,并滿足隧洞尺寸及其他相關要求,選取使支護內邊界上的切向應力最小的優(yōu)化準則,在支護與圍巖為光滑接觸和完全接觸兩種情況下,尋求最優(yōu)的支護斷面形狀。尋優(yōu)過程是解決一類幾何反問題的過程,相應的正問題運用平面彈性復變函數中的保角變換方法進行求解。尋優(yōu)時,支護內邊界的切向應力即為優(yōu)化的目標函數,映射函數系數為設計變量。選用數學中的混合罰函數方法求解目標函數的極小值,可以獲得能滿足給定約束條件的最優(yōu)支護斷面形狀。所得最優(yōu)斷面的內邊界可以達到最小的應力集中,從而使隧洞襯砌的應力狀態(tài)得到最大限度地改善。
【關鍵詞】：隧道工程 襯砌斷面優(yōu)化 保角變換 混合罰函數法
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U455.7;TV554
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義12-13
• 1.2 本文的研究思路與內容13-16
• 1.2.1 技術路線13-14
• 1.2.2 研究內容14-16
• 第2章 確定隧洞最優(yōu)支護斷面形狀的基本原理16-37
• 2.1 引言16
• 2.2 最優(yōu)化理論簡介16-29
• 2.2.1 最優(yōu)化理論的發(fā)展16-17
• 2.2.2 非線性約束規(guī)劃基本介紹17-18
• 2.2.3 混合罰函數法簡介18-29
• 2.3 Fortran語言簡介29-30
• 2.4 隧洞支護斷面形狀優(yōu)化原理30-37
• 2.4.1 隧洞斷面形狀優(yōu)化的過程30-31
• 2.4.2 完全接觸情況下正問題的求解過程31-33
• 2.4.3 光滑接觸情況下正問題的求解過程33-34
• 2.4.4 尋優(yōu)時的約束條件34-37
• 第3章 完全接觸情況下支護斷面形狀優(yōu)化37-44
• 3.1 只限定隧洞凈空寬度W時的斷面優(yōu)化37-39
• 3.2 隧洞凈空高度H和寬度W均被限定時的斷面優(yōu)化39-42
• 3.3 位移釋放系數η不同情況下的斷面優(yōu)化42-44
• 3.3.1 只限定隧洞凈空寬度W時的支護斷面形狀優(yōu)化42
• 3.3.2 同時限定隧洞凈空寬度W和高度H時的支護斷面形狀優(yōu)化42-44
• 第4章 光滑接觸情況下支護斷面形狀優(yōu)化44-51
• 4.1 只限定隧洞凈空寬度W時的斷面優(yōu)化44-46
• 4.2 隧洞凈空高度H和寬度W均被限定時的斷面優(yōu)化46-48
• 4.3 位移釋放系數η不同情況下的斷面優(yōu)化48-51
• 4.3.1 只限定隧洞凈空寬度W時的支護斷面形狀優(yōu)化49
• 4.3.2 同時限定隧洞凈空寬度W和高度H時的支護斷面形狀優(yōu)化49-51
• 第5章 結論與展望51-53
• 5.1 主要結論51-52
• 5.2 進一步研究的建議52-53
• 參考文獻53-57
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果57-58
• 攻讀碩士學位期間參加的科研工作58-59
• 致謝59-60
• 作者簡介60

【共引文獻】

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本文編號：938353