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引滦隧洞安全评估系统研究

郑桂水  
【摘要】: 工程结构安全监测是及时发现工程结构运行过程中可能出现的异常现象或隐患,以便及时采取措施保证结构安全的重要手段;也是了解结构在各种荷载工况下的实际运行规律,以便改进工程结构设计和指导结构运行管理的重要方法。随着传感器技术、计算机网络技术和通讯技术的发展,目前已经可以比较稳定、可靠和实时地获得结构所承受的多种荷载信息和结构效应量。如果监测仪器设备布置在结构的正确部位的话,这些监测信息在一定程度上反映了结构的安全状态。但是,目前对安全监测信息的使用方式和程度不能对结构的安全程度进行实时定量评估,不能充分发挥监测系统应有的功能和效益。所以,对安全监测信息的使用是安全监测系统应用的主要瓶颈,需要研究如何利用安全监测信息对结构的安全状态进行实时和定量的评估。 本文结合引滦隧洞的自动化安全监测系统,研究如何利用安全监测信息对隧洞的安全状态进行实时在线评估。文中首先对引滦隧洞原有监测资料进行了分析,发现隧洞的钢筋混凝土衬砌主要受温度荷载和外水压力的影响,而山岩压力的作用相对较小。通过对外水压力变化情况下的不同分析,表明钢筋混凝土衬砌和固结围岩的联合作用明显,安全评估时应考虑衬砌和围岩的联合受力作用。 人工神经网络具有的较好非线性映射能力,可以用来模拟隧洞荷载和衬砌响应之间的非线性关系。本文建立了隧洞安全评估的神经网络模型,并利用原有监测资料进行了验证。结果表明,人工神经模型的误差与监测仪器的误差大致相当,表明用人工神经网络方法建立隧洞的监控模型是可行的。 隧洞衬砌变形是围岩~支护系统力学形态发生变化的最直接最明显的反映,因而可以作为评估隧洞的安全程度的主要参数。本文根据隧洞结构的特点,将力学模型引入隧洞安全监测领域,并通过非线性有限元计算拟定了引滦隧洞的变形监控指标,以便对隧洞的安全状态进行实时监控。这对确保工程安全以及在安全运行的前提下充分发挥工程效益有着重要的意义。


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