光滑接触条件下隧洞支护断面形状优化.pdf

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1、第33卷第8期岩石力学与工程学报V_01．33No．82叭4年8月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringAug．，2014光滑接触条件下隧洞支护断面形状优化吕爱钟，陈虹宇，覃媛，张宁(华北电力大学水电与岩土工程研究所，北京102206)摘要：假定衬砌与围岩为光滑接触，在满足隧洞净空尺寸和衬砌厚度的前提下，以使衬砌内边界上的切向应力最小为优化准则，寻求最优的支护断面形状。寻优过程是解决一类几何反问题的过程，相应的正问题运用平面弹性复变函数中的保角变换方法进行求解。寻优时，衬砌内边界的切向应力即为优化的目标函数

2、，映射函数系数为设计变量。运用混合罚函数优化方法寻找目标函数的极小值，可以获得能满足给定约束条件的最优支护断面形状。优化后的衬砌断面形状可以最大限度地改善隧洞衬砌的应力状态，保证衬砌内边界获得最小的应力集中。关键词：隧道工程；衬砌断面优化；保角变换；应力集中；混合罚函数法中圈分类号：U45文献标识码：A文章编号：1000—6915(2ol4)08—1563—09SHAPEoPTIMIZATIoNoFTUNNELSUPPoRTSECTIoNUNDERCoNTACTCoNDITIoNoFPURESLIPLUAizhong，CHENHongyu，QrNYuan

3、，ZHANGNing(InstituteofHydroelectricandGeotechniealEngineering，Ⅳl0ChinaElectricPowerUniversity，Beo'ing102206，China1Abstract：Undertheassumptionofpureslipcontactalongthelining—rockinterfaceandtherequirementsofthenetsizeandtheliningthickness，derivationofshapeoptimizationofatunnelsupp

4、ortwascarriedoutwiththeobjectiveofthegreatesttangentialstressalongtheinneredgeofthesupportbeingminimized．Theoptimizingprocessistosolveaclassofinversegeometryproblems，andthecorrespondingforwardproblemcanbesolvedwiththemethodofconformalmappingofcomplexvariablefunctioninplaneelastic

5、ity．Duringtheprocess，thetangentialstressalongtheinneredgeofthesupportwasselectedastheobjectivefunctionandcoeficientsofthemappingfunctionweretakenasthedesignvariables．Themethodofmixedpenaltyfunctionwasusedtominimizetheobjectivefunction．Astheobjectivefunctionreachedtheminimumvalue，

6、theoptimalshapeofsupportcanbeobtained．Withtheoptimalshape，stressstateintunnelsupportwasimprovedmostefectivelyandthetangentialstressconcentrationalongtheinneredgeofsupportwasminimized．Keywords：tunnellingengineering：shapeoptimizationofliningcross—section；conformalmapping；stressconc

7、entration；mixedpenaltyfunction开挖的断面形状紧密相关，合理的断面形状可以改1引言善地下隧洞的受力状态，充分发挥围岩的自撑能力，以利于地下工程的维护。隧洞是广泛应用于水电、交通、矿山及军事工衡量地下洞室开挖形状是否最优的一个重要指程领域的常用地下结构。地下隧洞的稳定性与隧洞标是看孔边的应力集中情况【卜，确定地下洞室最优收稿日期l2014—01—09；修回日期l2014—02—22基金项目l国家自然科学基金资助项目(11172101)：中央高校基本科研业务费专项资金资助项(NCEPUI3QN20)作者简介t吕爱钟(1962一)，

8、男，博士，1982年毕业于山东矿业学院矿井建设专业，现任教授、博士生导师，主要从