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某岩质高边坡稳定性计算与力学参数反分析

作　者: 徐韬
导　师: 肖武权
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 岩质边坡 ANSYS 正交试验设计力学参数反分析 BP神经网络安全系数 FLAC3D
分类号: U213.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

岩质边坡岩体力学参数在边坡稳定性评价等边坡问题的研究中有着十分重要的意义。如何获取准确的岩体力学参数一直都是研究工作者所研究的重要内容。本文主要研究如何利用位移反分析方法来获取边坡岩体力学参数以及利用参数进行稳定性分析。主要内容包括：利用FLAC3D软件对边坡开挖进行模拟,进行边坡稳定性分析以及利用BP神经网络进行岩土体力学参数反分析。首先,在岩质边坡每一台阶处设定测点,开挖每一级台阶后即测量该阶段处的地表位移值。其次,由于建立的模型复杂,采用ANSYS建模再导入FLAC3D中进行数值分析,由于边坡岩土体结构复杂,可采用摩尔库伦模型,输入的力学参数采用正交试验设计方法,获得由不同输入参数计算的得到的边坡开挖产生的位移。然后,以FLAC3D数值分析得到的边坡位移和对应的力学参数为反分析的输入集和输出集,建立BP神经网络,并进行网络训练和仿真。将实测的监测位移值作为输入集,利用训练好的网络反分析出反演值,并和理论值进行对比。利用理论值对边坡进行稳定性分析,分析加支护和不加支护条件下的开挖情况,得到边坡安全系数和塑性贯通区域等信息,对边坡开挖加支护的必要性提供了依据。本文论述了利用BP神经网络进行岩土体力学参数反分析以及采用数值分析边坡稳定性的可行性和可靠性,得出了这种简而有效的稳定性分析方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-25
  1.1 研究目的和意义  10-12
  1.2 岩质边坡稳定性分析方法  12-19
  1.3 岩质边坡稳定性分析国内外研究现状  19-22
    1.3.1 刚体极限平衡方法  19-20
    1.3.2 数值分析方法  20-21
    1.3.3 反分析方法  21-22
  1.4 本文的研究内容及方法  22-25
    1.4.1 主要研究内容  22-23
    1.4.2 本文研究方法  23-25
2 反分析理论方法和相关软件介绍  25-35
  2.1 反分析理论方法  25-29
    2.1.1 边坡反分析概念及意义  25
    2.1.2 反分析方法分类  25-26
    2.1.3 位移反分析方法基本原理  26-29
  2.2 ANSYS的软件建模  29-30
    2.2.1 软件特点描述  29
    2.2.2 建模方法  29-30
  2.3 FLAC3D软件介绍  30-33
    2.3.1 FLAC3D特点  30-31
    2.3.2 FLAC3D计算分析  31-33
    2.3.3 FLAC3D的不足  33
  2.4 MATLAB神经网络介绍  33-35
3 长昆客运专线某边坡研究背景  35-41
  3.1 程地质条件  35
  3.2 工况点及土体参数选择  35-37
    3.2.1 边坡初步设计情况  35-36
    3.2.2 测点设置  36-37
    3.2.3 岩土体物理力学特征及岩体质量分级  37
  3.3 边坡锚杆加固机理  37-39
  3.4 计算采用的工况和安全等级  39
  3.5 小结  39-41
4 长昆客运专线某边坡FLAC3D数值分析  41-54
  4.1 正交试验设计  41-42
    4.1.1 正交试验设计特点  41
    4.1.2 正交表的选择  41-42
  4.2 ANSYS模型的建立  42
  4.3 导入FLAC3D后边坡开挖的模拟  42-45
    4.3.1 本构模型的选择  42-43
    4.3.2 设定力学参数  43-44
    4.3.3 试验参数的正交设计  44-45
  4.4 基于正交设计的FLAC3D计算  45-53
  4.5 小结  53-54
5 长昆客运专线某边坡反分析  54-70
  5.1 神经网络介绍  54-56
    5.1.1 神经网络进程  54-56
    5.1.2 神经网络训练和分类  56
  5.2 BP模型与学习规则  56-60
  5.3 BP神经网络设计  60-62
    5.3.1 样本收集整理  60-61
    5.3.2 输入/出变量的确定和预处理  61
    5.3.3 网络层数和隐层  61-62
    5.3.4 BP网络的局限性  62
  5.4 BP神经网络的建立  62-67
    5.4.1 输入输出样本的选择和设计  62-65
    5.4.2 BP网络的创建  65-66
    5.4.3 BP网络的训练仿真  66-67
  5.5 力学参数结果分析  67-69
  5.6 小结  69-70
6 长昆客运专线某边坡稳定性分析  70-81
  6.1 边坡失稳模式  70-71
  6.2 边坡稳定理论  71-73
    6.2.1 Sarma法分析  71-72
    6.2.2 潘式原理  72
    6.2.3 Goodman-Bray法  72
    6.2.4 强度折减法  72-73
  6.3 边坡FLAC3D稳定性分析  73-80
    6.3.1 初始工况  73-74
    6.3.2 加支护工况  74-77
    6.3.3 不加支护  77-80
  6.4 小结  80-81
7 结论与展望  81-83
  7.1 结论  81
  7.2 展望  81-83
参考文献  83-87
攻读学位期间主要的研究成果  87-88
致谢  88

某岩质高边坡稳定性计算与力学参数反分析

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