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大型地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法研究

作　者: 向天兵
导　师: 冯夏庭
学　校: 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）
专　业: 岩土工程
关键词: 动态反馈优化设计方法地下洞室群参数动态反演围岩破坏模式整体稳定性评价
分类号: TU94
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着一大批大型水电工程的兴建,地下厂房洞室群作为重要的水工建筑物,其建设难度大大超出一般的地下工程,由围岩失稳导致的工程事故时有发生,大型地下洞室群施工期稳定性分析与控制已经成为亟待解决的研究课题。本文面向当前重大水电工程建设的需要,开展了大型地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法的研究,建立了由参数动态反演、围岩破坏模式识别与动态调控、厂房分层开挖整体稳定性动态评价等组成的科学、实用的施工期动态反馈优化设计流程,重点研究和总结了各部分的相关方法和技术问题。将该研究成果应用于锦屏二级水电站大型地下厂房洞室群的开挖过程,获得了理想的效果。归纳起来,本文主要开展了如下研究工作：1.吸收现有地下工程动态设计方法的优点,融合岩石力学理论与数值计算方法、围岩支护技术、围岩监控与测试方法、反馈分析理论与方法、系统科学及工程优化方法等理论与技术的最新进展,结合地下厂房洞室群的特点,建立了大型地下厂房洞室群施工期实时、动态、闭环反馈优化设计流程。2.结合目前广泛应用的岩体力学参数智能优化反演方法,系统研究了地下厂房施工期参数分期动态反演各步骤涉及的原则、方法和技术问题,包括监测方案设计原则和要点、监测数据和待反演参数选取原则、计算数据提取格式及三维计算参数的反演技术等,保证了参数反演结果的可靠性和效率。3.通过开展不同岩性的完整试样和含结构面试样在模拟工程开挖卸荷和支护应力路径下的真三轴试验,在总结现有地下工程围岩破坏模式分类、分析方法和控制措施的基础上,国内外首次深入、系统、多角度地研究了大型地下厂房洞室群的围岩局部破坏问题,包括破坏模式分类、破坏机理、发生条件、发生部位、分析方法和控制措施等,并提出了施工期围岩局部破坏动态调控方法。该研究成果是动态反馈优化设计方法的重要环节和体现工程实用性的特色所在,可为现场科研和设计人员提供全面而又便利的参考。4.考虑到智能优化反演方法获得的等效岩体力学参数综合反映了开挖过程中地质条件变化、各类监测和测试信息及开挖、支护施工过程,在参数动态反演的基础上引入模糊综合评价方法对各监测断面和厂房整体的稳定性进行动态评价,这种方法综合考虑了围岩劣化、破坏机制及施工期各种不确定因素影响,为施工期系统设计优化提供科学的依据。5.本文建立的大型地下厂房洞室群动态反馈优化设计方法成功应用于锦屏二级水电站,以地下厂房洞室群第三期开挖过程为例,演示了一个完整的施工期动态反馈优化设计循环。全部开挖过程的动态设计成果的总结表明,本文方法不仅实用、可操作性强,而且能够较好地把握和控制开挖过程中围岩的力学行为与稳定性,可为其他同类工程所借鉴。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-24
  1.1 选题依据和研究意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-21
    1.2.1 地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法研究现状  13-16
    1.2.2 地下厂房参数动态反演研究现状  16-17
    1.2.3 地下洞室群围岩破坏模式分类与控制方法研究现状  17-19
    1.2.4 地下厂房整体稳定性评价研究现状  19-21
  1.3 有待进一步研究的问题  21-22
  1.4 本文总体思路和研究内容  22-24
第二章地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法  24-37
  2.1 引言  24-25
  2.2 地下工程动态反馈优化设计的要点  25-33
  2.3 地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计流程  33-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章地下洞室群围岩力学参数动态反演方法  37-60
  3.1 引言  37-38
  3.2 参数动态反演的思想和流程  38-42
    3.2.1 优化反演计算中本构模型的选用和初始地应力的获取  38-40
    3.2.2 厂房分层开挖过程中参数动态反演的思想和流程  40-42
  3.3 参数动态反演涉及的原则、方法和技术问题  42-59
    3.3.1 监测内容与布置原则  42-44
    3.3.2 待反演参数确定原则  44-46
    3.3.3 监测数据选取原则  46-53
    3.3.4 不同计算方法下的计算数据提取格式  53-58
    3.3.5 三维计算中的参数反演方法  58-59
  3.4 本章小结  59-60
第四章地下洞室群围岩破坏模式与动态调控方法  60-95
  4.1 引言  60-62
  4.2 大型地下厂房洞室群围岩破坏模式分类与控制措施  62-93
    4.2.1 "开挖卸荷"与"支护"应力路径下岩石破坏的真三轴试验研究  62-73
    4.2.2 地下工程岩体常见破坏模式分类及其分析方法与控制措施  73-85
    4.2.3 大型地下厂房洞室群围岩破坏模式分类  85-87
    4.2.4 大型地下厂房洞室群围岩局部破坏问题的分析与控制指南  87-93
  4.3 施工期围岩局部破坏问题的动态调控流程  93-94
  4.4 本章小结  94-95
第五章厂房分层开挖整体稳定性模糊综合评价方法  95-101
  5.1 引言  95
  5.2 等效岩体力学参数劣化思想和多级模糊综合评价方法  95-97
    5.2.1 等效岩体力学参数劣化思想  95-96
    5.2.2 多级模糊综合评价方法  96-97
  5.3 大型地下厂房洞群分步开挖整体稳定性模糊综合评价方法  97-100
  5.4 本章小结  100-101
第六章工程应用  101-146
  6.1 引言  101
  6.2 锦屏二级水电站动态反馈优化设计概述  101-109
    6.2.1 工程概况  101-106
    6.2.2 动态反馈优化设计概述  106-109
  6.3 实例——第三期开挖动态反馈优化设计全过程  109-138
    6.3.1 第二期开挖完成后围岩力学行为预测和设计方案总结  110-113
    6.3.2 第三期开挖完成后基本模型、参数及围岩力学行为复核  113-119
    6.3.3 第三期开挖过程中局部失稳问题动态调控——以f65断层影响带围岩破坏问题动态调控为例  119-121
    6.3.4 第三期开挖完成后围岩稳定性评价  121-133
    6.3.5 第四期开挖稳定性预测、设计优化及变形管理等级的制定  133-138
  6.4 开挖全过程动态反馈优化设计成果总结  138-142
  6.5 本章小结  142-146
第七章结论与展望  146-149
  7.1 本文主要结论  146-147
  7.2 展望  147-149
参考文献  149-156
攻读硕士学位期间参与的科研项目与论文发表情况  156-158
致谢  158-159

大型地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法研究

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