● 摘要
发展地下铁道工程是解决大中城市交通拥挤的主要措施之一。在我国的近、中期国家规划中，有五千多公里的地铁建设任务。但是，地铁建设工程难度大，影响因素多，场地条件复杂，事故多发，需要大力开展安全风险评估的研究与实践。总结地铁工程风险事故的表现可知，土方开挖引起的环境变形的分析是地铁工程安全评估的关键。通过分析环境变形的控制机理和对比现有环境变形的分析方法，得到动态数值仿真方法是环境变形分析的效措施之一。目前，动态数值仿真体系尚未成熟，基于监测数据的参数反演等关键技术尚未有效解决。本文在总结现有参数反演的研究成果的基础上，从岩土工程特性和反演的数学基础出发，对动态数值仿真参数反演方法展开研究。本文的研究内容主要包含四部分。第一部分为数值仿真方法的模块建模技术研究。该部分采用参数化建模方法，以FLAC3D作为开发平台，借助FLAC3D内置的Fish语言和Excel数据库，开发了土钉支护基坑和盾构隧道工程的模块建模程序。该项技术极大提高了数值仿真的建模效率，为动态数值仿真参数反演提供了有效的工具。第二部分为岩土工程参数的敏感性分析。该部分借助第一部分开发的数值仿真模块建模程序，对土钉支护边坡和盾构隧道工程开展数值仿真实验，得到了内聚力、内摩擦角、变形模量、泊松比和结构-土体界面粘结强度等土体参数对工程变形的影响规律。该项研究成果为动态数值仿真反演提供了反演映射规律。第三部分为岩土勘察数据的离散性统计分析。该部分收集了北京、深圳等6个城市、19个工程的87例土层的岩土勘察结果，借助数学统计方法，得到了岩土勘察数据的离散性分布规律。该项研究成果为动态数值仿真反演提供了反演边界。第四部分为基于数值仿真和岩土特性的岩土参数反演方法研究。该部分是在上述三项研究成果的基础上，改进现有的岩土参数反演方法，探索了以数值仿真模块建模程序作为反演工具，考虑岩土工程参数敏感性和勘察数据离散性的反演方法。经比较和验证，该方法具有计算量小、分析效率高、反演结果更加合理、有效利用数值仿真方法等优点，在工程中具有一定的实用价值，也为地铁工程岩土参数反演提供了一种思路。