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深埋软弱围岩隧道支护结构可靠性分析

余永康  
【摘要】: 随着我国国民经济的蓬勃发展,公路客货运输量大幅度增长,高速公路成为中国公路建设的主流。由于隧道工程具有独特的优势而得到了广泛的应用,并取得了良好的社会效益和经济效益。但是由于隧道支护结构所处的环境条件较为复杂,围岩物理力学指标、荷载和结构抵抗能力等都不明确,给隧道支护结构的设计带来一定的盲目性。所以基于概率论与数理统计的结构极限状态设计原理对隧道工程的可靠性进行研究显得十分重要。 本文从深埋软弱围岩隧道支护结构的工作机理出发,结合骡坪隧道的监控量测资料,根据可靠度理论相关文献的研究成果选择荷载效应与结构抗力作为随机变量,并建立隧道支护结构功能函数,采用结构可靠度分析的原理研究深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠度,主要研究内容如下: ①对比当前结构可靠度分析方法中一次二阶矩法、高次高阶矩法、随机有限元法、响应面法和蒙特卡罗法的优缺点,结合深埋软弱围岩隧道支护结构可靠性分析的特点,选择适当的方法进行可靠性分析。 ②通过骡坪隧道深埋软弱围岩典型断面支护结构的周边收敛和拱顶沉降现场监测,分析类似围岩条件下、采用相同支护参数而导致初期支护变形差异很大的不确定因素。 ③采用ANSYS软件建模分析,结合公路隧道设计规范和现场监测成果,以预留变形量作为位移控制条件,建立深埋软弱围岩隧道初期支护的结构功能函数;以偏心受压构件的抗压强度计算和抗拉强度计算为基础,建立二次衬砌的结构功能函数。 ④基于ANSYS软件中的PDS技术,利用APDL分别编制深埋软弱围岩隧道初期支护和二次衬砌可靠度分析程序,并考虑部分随机变量的相关性,采用蒙特卡罗法中拉丁超立方抽样方式对隧道支护结构作用效应、可靠性分析和灵敏度进行分析,计算隧道支护结构的失效概率和可靠指标,并找出引起隧道支护结构失效的主要因素。


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