基于响应面分析的隧洞开挖过程优化设计研究

来源：水资源与水工程学报杂志2019年第5期北京时间：

作者：南轩，刘艳慧，孙语晨，张玉波，张明飞

单位：（1.云南农业大学建筑工程学院,2.云南省高校城乡水安全与节水减排重点实验室

摘要：为了更好地分析隧洞开挖过程中侧壁应力、变形等参数的变化情况，对岩体采用D-P准则模型设置材料性能，并且通过生死单元法的开挖方式来了解整个过程中隧洞侧壁应力的变化规律；同时建立了一种基于响应面的侧壁应力应变多目标优化方法，基于敏感度选取对侧壁应力应变有影响的关键参数，应用响应面方法建立变量与多目标函数的响应面多元回归模型，分析影响侧壁应力应变的参数交互作用，最终在满足隧洞设计要求的条件下，确定以降低侧壁应力与应变为目标的最优组合。结果表明：在开挖的过程中，主要应力变化集中在第2步开挖中，该过程中应力、应变的峰值和方向发生了极大的改变，应力峰值从9.7×105 Pa变为1.47×106 Pa，方向从沿侧壁向外转变为沿侧壁向内，这易导致隧洞侧壁的坍塌；在响应面分析优化下将截面长、截面宽组合设计为1.35、2 m后，其应力峰值下降了10.01%，采用生死单元开挖方式结合响应面优化的方法能够为隧洞设计优化和开挖过程参数提供有效的分析。

关键词：输水隧洞,生死单元开挖,侧壁应力,响应面法,优化设计

基金资助：中国水利水电十四工程局有限公司科技项目（201707）; 云南省教育厅重点实验室专项基金