探究公路隧道开挖过程力学行为研究

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1、东北大学博士学位论文公路隧道开挖过程力学行为研究姓名：王述红申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：刘斌;刘之洋2000.5.1公路隧道开挖过程力学行为研究摘要、《隧道和地下工程的开挖过程是一个在时间和空间上不断变化的过程，是一个动态过程。对开挖过程力学行为进行模拟和分析，对下一步施工对象的稳定性进行预测和预报在工程中是非常必要的，也一直是科技工作者探索研究的重要课题。利用现代计算机和人工智能技术对开挖过程力学行为进行虚拟研究是现代岩±工程界一个很有前途的发展方向．另外由于影响地下工程在开挖过程和运

2、营期稳定性的因素非常复杂，且目前其预测、预报及处理还没有明确规范的方法，主要依赖于领域专家知识和工程经验进行。为使老一辈岩土工程专家宝贵的经验更有效地为岩土工程服务，开发带有智能性的辅助决策系统不失为一可行方案0本文以内蒙古茅荆坝隧道为工程背景，在广泛获取国内外地下工程施工专家知识(经验也是一种知识)的基础上，研制开发了隧道及地下工程施工智能辅助决策系统，并以此优选出合理的开挖方法和支护方案；在对现场数据测试的基础上，借助于开发研制的USEP2D程序模拟了开挖前后的力学行为、不同开挖步序对隧道稳定性的

3、影响，同时也对系统决策方案的验证和准定量分析；工程实例中将决策系统应用于茅荆坝隧道工程的辅助决策和优化，分析了该系统的可靠性及实用性，预测了施工智能辅助决策系统的应用前景．瞥然在这个问题上要取得比较令人满意的结果，还有许多细致的工作要做，具有很大的挑战性．本文具体研究内容包括：1．对隧道及地下结构开挖过程的计算理论进行了归纳和分析；分析了隧洞开挖过程力学行为及其特点，优选出模拟适宜采用的计算模型和分析步骤。2．在分析以往有限元程序的基础上，编制开发了隧道与地下工程非线性有限元计算程序(USEP2D)，

4、主要用于隧道与地下工程非线性计算，具有力学行为可视化特点，程序调试后，进行了实例分析．3．采用面向对象的编程技术，选取可视化的开发工具，如VisualC++，AutoCAD和Acc器s等，提出并开发了施工智能辅助决策系统，该系统设计思想是由六个子系统和一个公共子系统组成即施工方法决策子系统、支护设计子系统、量测预报子系统、工期控制子系统、钻爆设计子系统、簏工事故处理系统和围岩分类子系统．在程序的编制中，利用专家推理思路，编写了相关程序。系统的开发按照面向对象的编程思想，将推理部分、解释部分和人机交互部

5、分划分成对应的功能模块，并对其进行了封装，一一实现。不仅完成了应有的功能，而且具有良好的扩展性。4．对施工智能辅助决策系统的知识获取问题进行了探讨，总结并利用现有专家经验(知识)基础上，建立了隧道工程围岩分类知识库、施工方法知识库、支护设计知识库，利用面向对象编程技术设计了相关主页。5．探讨了遗传神经网络方法在开挖过程位移演化规律预测预报中应用，用遗传算法优化神经网络结构，首次将遗传算法与神经网络结合起来用于预测、预报旌工过程中围岩位移演化规律．使优化后的结果为全乒聂优，对下一步施工时围岩位移进行了预

6、测，并与实际工程进行了对比分薪×关键词：开挖过程力学行为数值模拟智能辅助决策系统智能预测-Ⅱ．StudyofMechanicalBehaviorsintheConstructionProcessofRoadTunnelABSTRACTInthispaper，theconstructionofthetunnelandtheundergroundengineering，especiallythelarge—scaleproject,is-adynamicprocess，whichiscontinuousl

7、ychangingintimeandspace．Itisessentialtoanticipateandforecastthestabilityofthenextconstructionobjectintheprocessoftheconstruction,whichisalsoanimportantquestiontotechnologicalandscientificresearcherforalltimesItisadirectionofthedevelopmentofthecontempora

8、ryrockandsoilengineeringtohaveadummyresearchduringconstructionbyusingmoderncompm盯andartificialintelligencetechnology．Asitisextremelycomplicatedthattheaspectofthestabilityeffectstheconstructionandmanagementoftheprojectinstruction,