[00363176]地下隧道围岩压力人工神经网络预测与支护结构和支护参数优化设计一体化研究

该项目为辽宁省教育厅科技攻关项目，对于极其复杂的岩土材料来说，最易于测得，也是最可靠的数据就是岩土体的位移，利用隧道开挖段易于测量、可靠的实际围岩位移部分信息，通过对巷道围岩位移影响因素的分析，并结合神经网络具有自组织、自学习、非线性处理、联想推理、自适应识别等特点，预测隧道未来围岩位移的演化规律和反演出作用于隧道支护上的压力分布，避开了正面实测支护压力的复杂性。然后根据所选用的优化变量利用有限元方法优化设计出相对应围岩压力的最优的支护形状，支护刚度和支护参数等，实现对围岩与支护结构相互作用的数值仿真，它不仅是预测隧道围岩压力、边坡与挡土结构土压力等岩土工程问题有效的数值方法，而且实现了支护结构，支护参数的优化设计，克服了隧道工程支护设计中工程类比、经验判断的不足，符合理论-经验-量测-优化设计的地下工程设计发展方向。性能指标：(1)拥有利用隧道开段易于测量、可靠的实际围岩位移部分信息，利用神经网络预测隧道未来围岩位移的演化规律和反演出作用于隧道支护上的压力分布规律的理论和方法。(2)首次将人工神经网络预测和位移反分析方法以及有限元优化设计理论和方法有机地结合起来，对支护结构和支护参数进行优化设计，实现了地下隧道支护效益的最大化。(3)编制了地下隧道围岩压力的人工神经网络预测与支护结构和支护参数优化设计一体化应用程序，并在现场进行了应用，取得了良好的效果。应用范围：该成果适用于采矿工程、岩土工程隧道支护压力预测和支护结构及参数的优化设计，克服隧道工程支护设计中工程类比、经验判断的不足，符合理论-经验-量测-优化设计的地下工程设计发展方向。生产条件及投资规模：需要测定巷道围岩位移的测量仪器、传感器和计算机等，投资规模50万。市场及经济效益预测：近年来，世界各国日益重视地下工程的开发和利用，除了采矿工程、地基基础、边坡、挡土结构等传统地下工程得到发展外，尤其是地下铁路、公路网、海底隧道、地下电站、核废料和天然气等地下贮存的发展，更加促进了地下工程的兴旺，中国人多地少，地下空间的开发势在必行。该项目研究成果有助于把地下工程问题向实用化、定量化推进，克服了隧道工程支护设计中工程类比、经验判断的不足，符合理论-经验-量测-优化设计的地下工程设计发展方向，具有重要的经济意义和深远的社会效益。同时该项目的研究方法既依赖工程地质和岩石力学理论，又要结合现场的实际测量信息，能适用不同条件下的地下工程支护问题，因此具有广泛的实用性和推广前景。成果鉴定、获得专利、获奖及推广应用情况：该项目为辽宁省教育厅资助项目，获得阜新市科学技术进步一等奖。通过《地下隧道围岩压力的人工神经网络预测与支护结构和支护参数优化设计一体化研究》基金项目的研究成果在北京昊华、阜新、山西等煤矿应用，有效地克服了巷道支护设计中工程类比设计、经验判断的不足，取得了明显的经济效益和社会效益，应用效果良好。合作方式：技术服务。