软岩非定常分数阶微积分蠕变本构模型及深部软岩隧道施工围岩大变形控制理论研究

基本信息
批准号:51378052
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:刘开云
学科分类:
依托单位:北京交通大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘保国,韩智铭,方昱,王翔,马玉杰,陆继广,徐锦斌
关键词:
控制理论围岩大变形隧道工程深部软岩本构模型
结项摘要

In tunnel construction, the large deformation disaster prevention and control of deep soft surrounding rock has become a key technical problem of underground engineering to be settled urgently. The proposed research is motivated by a highway tunnel project, and by indoor experiments on the creep behavior of soft rock, a comprehensive approach of theoretical, analytical and numerical analysis, combined with artificial intelligent technique, the research on theoretical methods to calculate and control the large deformation of deep soft surrounding rock will be conducted. Firstly, through the indoor creep tests of soft rock, a three-dimensional non-stationary fractional-order calculus elasto-viscoplastic creep model is proposed, and its program is also developed for numerical computations. Based on the numerical simulations for tunnel construction, the computational equation for the reserved deformation of surrounding rock stability will be established.Further,by introducing the catastrophe theory,the limiting displacement calculation equation of surrounding rock stability also be presented. Finally, the disaster controls of deep soft surrounding rock will be regarded as a multiobjective planning problem to minimize the volume of plastic zone and the cost of engineering construction. By employing the penalty function method, the multiobjective planning problem with constraint condition will be solved to obtain the optimal parameters of supporting structures with the minimized volume of plastic zone and cost of engineering construction, to realize the control of large deformation disaster of deep soft surrounding rock and to provide theoretical guidance for future similar projects.

深部软岩隧道施工围岩大变形灾害防治已成为地下工程迫切需要解决的技术难题。本项目依托公路隧道工程,采用现场测试、室内试验、理论解析和数值分析的综合研究手段,并引入人工智能技术研究深部软岩隧道施工围岩大变形计算模型及控制理论。首先,通过软岩室内蠕变试验,建立软岩三维非定常分数阶微积分弹粘塑性蠕变模型,并开发相应的数值计算程序,通过数值模拟获得深部软岩隧道施工围岩稳定预留变形量计算方程;在此基础上,进一步引入突变理论,建立深部软岩隧道施工围岩稳定极限位移的计算方程。最后,将深部软岩隧道施工过程围岩大变形灾害控制视为在满足围岩变形小于极限位移的约束条件下,支护参数能够使塑性破坏区体积和工程造价最小的多目标规划问题,采用惩罚函数法,对此有约束多目标规划问题进行求解,获得同时能使塑性破坏区体积和造价最小的优化支护参数,完成深部软岩隧道施工围岩大变形灾害的控制,并为今后其他类似工程提供理论指导。

项目摘要

随着西部大开发政策的实施和经济建设步伐的加快,矿山、水电和交通等大型基础设施建设如火如荼,深部软岩建设工点越来越多,由于高地应力引起的.软岩隧道施工围岩大变形灾害防治已成为地下工程迫切需要解决的技术难题。本项目依托公路隧道工程,采用现场测试、室内试验、理论解析和数值分析的综合研究手段,并引入人工智能技术研究深部软岩隧道施工围岩大变形计算模型及控制理论。. 首先,通过软岩室内蠕变试验,建立软岩三维参数非定常微积分弹粘塑性蠕变模型,通过数值模拟获得深部软岩隧道施工围岩稳定预留变形量计算方程;在此基础上,进一步引入突变理论,建立深部软岩隧道施工围岩稳定极限位移的计算方程。最后,将深部软岩隧道施工过程围岩大变形灾害控制视为在满足围岩变形小于极限位移的约束条件下,支护参数能够使塑性破坏区体积和工程造价最小的多目标规划问题,采用惩罚函数法,对此有约束多目标规划问题进行求解,获得同时能使塑性破坏区体积和造价最小的优化支护参数,完成深部软岩隧道施工围岩大变形灾害的控制,并为今后其他类似工程提供理论指导。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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