基于遗传与序列二次规划算法的复杂巷道断面应力解

在求解具有复杂巷道断面形状的应力解时，保角映射函数的精确性最终决定巷道围岩应力解析解的精确性。鉴于此，利用遗传与序列二次规划算法，实现任意复杂巷道断面的高精度映射，解决以往优化算法中所存在的鲁棒性较差及初值敏感性较强的问题，当映射系数个数≥14，可将平均相对误差控制在0.5%以下。以三心拱巷道为例，利用复变函数所推导的任意轴对称巷道断面的应力解，系统性地分析该巷道周边围岩的力学行为。研究结果表明：(1) 在单向竖向荷载下，巷道边的切向应力曲线呈现一低一高的双峰形态，其双峰区域分别对应巷道小拱区域及直角区，应力集中系数分别为1.5～3.0，3.5～8.0。在大拱区域，切向压应力与拉应力均有表现，应力集中系数为－1.0～1.5。直墙区域与底板区域的应力集中系数相对稳定，分别维持在2与－1左右。(2) 巷道周边围岩的应力分布特征表明巷道边界各点所对应的影响范围呈现不一致性，直角区所对应的影响范围最大，其次是拱形区域，再次是侧墙区域，最后是底板区域。(3) 应力集中系数与侧压力系数 保持着严格的线性关系，其斜率对应于应力集中系数增长速率 ，由 在巷道边的分布规律，可最终掌握不同 作用下的应力分布规律。