盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制技術(shù)

內(nèi)容概要

李守巨等編著的《盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制技術(shù)》深入系統(tǒng)地介紹了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中土倉壓力控制模型、模型參數(shù)辨識方法和控制算法及其有效性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，旨在使讀者了解盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中土倉壓力控制的工程背景和研究對象，理解和熟悉盾構(gòu)機(jī)土倉壓力自動(dòng)控制的基本原理和算法，掌握基于軟計(jì)算的盾構(gòu)機(jī)土倉壓力自動(dòng)控制的基本構(gòu)架和方法，為相關(guān)課題的深入研究和工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
《盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制技術(shù)》可供巖土工程、地下工程、土木工程、機(jī)械工程、采礦工程和工程力學(xué)等專業(yè)的高年級本科生、研究生和教師閱讀，更適合于從事地鐵隧道施工的工程技術(shù)人員閱讀。

書籍目錄

第1章 引言
 1.1 概述
 1.2 盾構(gòu)機(jī)的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀
 1.3 盾構(gòu)機(jī)土倉渣土本構(gòu)模型及其參數(shù)估計(jì)研究進(jìn)展
 1.4 盾構(gòu)機(jī)土倉土壓力控制問題的研究進(jìn)展
 1.5 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第2章 盾構(gòu)機(jī)土倉渣土非線性本構(gòu)模型參數(shù)反演
 2.1 渣土非線性本構(gòu)關(guān)系參數(shù)反演的背景
 2.2 土體的非線性本構(gòu)關(guān)系概述
  2.2.1 經(jīng)典的線彈性本構(gòu)模型
  2.2.2 Mohr-Coulomb(M-C)模型
  2.2.3 Drucker-Prager(D-P)模型
  2.2.4 Cam-Clay(Cam)模型
  2.2.5 Duncan-Chang（D-C）模型
  2.2.6 Lade-Duncan(L-D)模型
  2.2.7 土的清華彈塑性本構(gòu)模型
 2.3 盾構(gòu)機(jī)土倉渣土的三軸壓縮試驗(yàn)
 2.4 土倉渣土的Duncan-Chang非線性本構(gòu)模型
 2.5 基于遺傳算法的改性渣土非線性本構(gòu)模型參數(shù)反演
  2.5.1 渣土非線性本構(gòu)模型參數(shù)反演目標(biāo)函數(shù)的定義
  2.5.2 基于遺傳算法的渣土非線性本構(gòu)模型參數(shù)反演方法
  2.5.3 參數(shù)反演結(jié)果
 2.6 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第3章 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力分布的有限元數(shù)值模擬
 3.1 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力分布模擬的工程背景
 3.2 掘進(jìn)工作面土壓力計(jì)算方法研究
  3.2.1 基于彈性力學(xué)理論的土壓力計(jì)算方法
  3.2.2 基于土力學(xué)理論的土壓力計(jì)算方法
  3.2.3 土水壓力迭加計(jì)算方法
  3.2.4 數(shù)值算例
 3.3 盾構(gòu)機(jī)土倉土壓力分布有限元模擬
  3.3.1 掘進(jìn)工作面主動(dòng)與被動(dòng)土壓力分布
  3.3.2 土倉內(nèi)土壓力分布的有限元數(shù)值模擬
 3.4 盾構(gòu)機(jī)合理推力研究
 3.5 盾構(gòu)機(jī)土倉土壓力與掘進(jìn)工作面土壓力關(guān)系研究
 3.6 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第4章 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制數(shù)學(xué)模型及其優(yōu)化控制策略研究
 4.1 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制問題的工程背景
 4.2 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制數(shù)學(xué)模型
  4.2.1 基于渣土體積平衡的土倉壓力控制數(shù)學(xué)模型
  4.2.2 考慮土體與盾構(gòu)機(jī)作用的土倉壓力控制數(shù)學(xué)模型
 4.3 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力優(yōu)化控制方法研究
  4.3.1 單獨(dú)控制螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速策略
  4.3.2 同時(shí)控制螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速和盾構(gòu)機(jī)推力策略
 4.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)機(jī)土倉土壓力控制模型參數(shù)辨識
  4.4.1 確定性土倉壓力控制模型參數(shù)辨識
  4.4.2 非確定性土倉壓力控制模型參數(shù)辨識
  4.4.3 非確定性、非線性土倉壓力控制模型參數(shù)辨識
 4.5 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)機(jī)土倉土壓力控制研究
  4.5.1 PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其控制模型
  4.5.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制方法
  4.5.3 土倉壓力控制數(shù)值仿真算例
 4.6 小結(jié)
 參考文獻(xiàn)
第5章 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制有效性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容
 5.2 改性砂土的物理力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)
 5.3 實(shí)驗(yàn)臺的主要特征尺寸
 5.4 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力控制模型參數(shù)辨識實(shí)驗(yàn)研究
 5.5 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力優(yōu)化控制策略實(shí)驗(yàn)研究
 5.6 土倉壓力和螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速周期性波動(dòng)問題
 5.7 盾構(gòu)機(jī)土倉壓力雙控策略及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
 5.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　現(xiàn)場實(shí)際觀測數(shù)據(jù)闡述了盾構(gòu)機(jī)開挖面穩(wěn)定機(jī)理，分析了土倉土壓力的設(shè)定與控制方法。張厚美（2005年）采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法，對土倉壓力、推力、刀盤轉(zhuǎn)速等主要掘進(jìn)參數(shù)對掘進(jìn)速度、刀盤扭矩的影響進(jìn)行了研究，得到了土壓平衡式盾構(gòu)在軟土中的掘進(jìn)速度數(shù)學(xué)模型和刀盤扭矩?cái)?shù)學(xué)模型，模型平均誤差約為10%。研究結(jié)果表明：對掘進(jìn)速度和刀盤扭矩影響最大的三個(gè)操作參數(shù)依次為：千斤頂推力、土艙壓力和刀盤轉(zhuǎn)速。掘進(jìn)速度、刀盤扭矩與千斤頂推力成正比，與土艙壓力成反比，刀盤轉(zhuǎn)速對刀盤扭矩和掘進(jìn)速度影響不大?！　⊥翂浩胶舛軜?gòu)機(jī)使得刀具切下的渣土通過添加改性材料呈塑性流動(dòng)狀態(tài)，充滿于盾構(gòu)機(jī)土倉，然后，通過螺旋輸送機(jī)將土倉內(nèi)的渣土排出，并且保持刀盤的進(jìn)土量與螺旋輸送機(jī)的排土量保持平衡，同時(shí)要求土倉內(nèi)渣土具有一定的壓力以控制掘進(jìn)工作面的穩(wěn)定性，進(jìn)而控制地表的變形。土倉壓力與隧道的埋深、土層的物理力學(xué)性質(zhì)和刀盤的開口率以及盾構(gòu)機(jī)的推力有關(guān)。Sramoon建議土倉壓力應(yīng)該設(shè)置為主動(dòng)土壓力與水壓力之和，再加上10kPa的波動(dòng)壓力，這是目前國內(nèi)外經(jīng)常采用的計(jì)算方法，該方法存在的根本問題在于，由于渣土在土倉內(nèi)的流動(dòng)，沒有考慮到從掘進(jìn)工作面到土倉隔板的壓力降低，實(shí)際上是過高地設(shè)置了土倉壓力，所帶來的問題是導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)推力增加，刀盤與渣土之間的摩擦阻力增加，不僅浪費(fèi)能源而且提高了掘進(jìn)設(shè)備的磨損。Koyama將掘進(jìn)工作面的土水壓力近似為梯形分布，給出了兩種掘進(jìn)工作面壓力的計(jì)算模式，即土壓力與水壓力分開計(jì)算模式（soilwaterseparated）和土壓力與水壓力整體計(jì)算模式（soil-waterintegrated），并且根據(jù)土質(zhì)的差異（砂土和粘土）分別給出了經(jīng)驗(yàn)的側(cè)向土壓力系數(shù)。該方法存在的問題是沒有考慮到盾構(gòu)機(jī)與土體之間的相互作用，實(shí)際上掘進(jìn)工作面土壓力分布并非梯形，F(xiàn)arsakh的現(xiàn)場試驗(yàn)證實(shí)了該方法所存在的缺陷[41]。為了解決這一問題，Bernat基于土體的非線性本構(gòu)模型，數(shù)值模擬了盾構(gòu)機(jī)與土體之間的相互作用，提出了地表變形分階段模擬預(yù)測方法，包括盾構(gòu)體通過階段、管片襯砌階段、灌漿階段以及后續(xù)階段的地表變形特征，并且將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果進(jìn)行了比較分析，模擬結(jié)果與觀測結(jié)果比較接近?！　　?/pre>








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