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第1章 引言1

1.1概述1

1.2盾构机的发展历史及应用现状2

1.3盾构机土仓渣土本构模型及其参数估计研究进展14

1.4盾构机土仓土压力控制问题的研究进展17

1.5小结24

参考文献25

第2章 盾构机土仓渣土非线性本构模型参数反演31

2.1渣土非线性本构关系参数反演的背景31

2.2土体的非线性本构关系概述32

2.2.1经典的线弹性本构模型36

2.2.2 Mohr-Coulomb（M-C）模型38

2.2.3 Drucker-Prager（D-P）模型42

2.2.4 Cam-Clay（Cam）模型43

2.2.5 Duncan-Chang（D-C）模型45

2.2.6 Lade-Duncan（L-D）模型46

2.2.7土的清华弹塑性本构模型47

2.3盾构机土仓渣土的三轴压缩试验48

2.4土仓渣土的Duncan-Chang非线性本构模型50

2.5基于遗传算法的改性渣土非线性本构模型参数反演52

2.5.1渣土非线性本构模型参数反演目标函数的定义52

2.5.2基于遗传算法的渣土非线性本构模型参数反演方法53

2.5.3参数反演结果57

2.6小结59

参考文献60

第3章 盾构机土仓压力分布的有限元数值模拟64

3.1盾构机土仓压力分布模拟的工程背景64

3.2掘进工作面土压力计算方法研究67

3.2.1基于弹性力学理论的土压力计算方法67

3.2.2基于土力学理论的土压力计算方法69

3.2.3土水压力迭加计算方法69

3.2.4数值算例70

3.3盾构机土仓土压力分布有限元模拟72

3.3.1掘进工作面主动与被动土压力分布73

3.3.2土仓内土压力分布的有限元数值模拟76

3.4盾构机合理推力研究86

3.5盾构机土仓土压力与掘进工作面土压力关系研究88

3.6小结92

参考文献93

第4章 盾构机土仓压力控制数学模型及其优化控制策略研究96

4.1盾构机土仓压力控制问题的工程背景96

4.2盾构机土仓压力控制数学模型103

4.2.1基于渣土体积平衡的土仓压力控制数学模型103

4.2.2考虑土体与盾构机作用的土仓压力控制数学模型105

4.3盾构机土仓压力优化控制方法研究110

4.3.1单独控制螺旋输送机转速策略110

4.3.2同时控制螺旋输送机转速和盾构机推力策略114

4.4基于神经网络的盾构机土仓土压力控制模型参数辨识120

4.4.1确定性土仓压力控制模型参数辨识120

4.4.2非确定性土仓压力控制模型参数辨识122

4.4.3非确定性、非线性土仓压力控制模型参数辨识124

4.5基于神经网络的盾构机土仓土压力控制研究126

4.5.1 PID神经网络及其控制模型126

4.5.2基于神经网络的盾构机土仓压力控制方法129

4.5.3土仓压力控制数值仿真算例131

4.6小结133

参考文献133

第5章 盾构机土仓压力控制有效性的实验验证137

5.1实验目的和内容137

5.2改性砂土的物理力学特性实验141

5.3实验台的主要特征尺寸142

5.4盾构机土仓压力控制模型参数辨识实验研究145

5.5盾构机土仓压力优化控制策略实验研究151

5.6土仓压力和螺旋输送机转速周期性波动问题154

5.7盾构机土仓压力双控策略及其实验验证156

5.8小结158

参考文献159