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原文传递基于变形稳定的隧道结构可靠度分析

论文题名：	基于变形稳定的隧道结构可靠度分析
关键词：	隧道结构;可靠度理论;围岩支护体系;变形稳定性;敏感性分析;有限元方法
摘要：	隧道结构的生命周期包括施工阶段、使用阶段和老化阶段，隧道结构在施工阶段的可靠度是最低的。由于围岩支护体系位移是隧道施工阶段各种力学行为的直接体现，也是施工阶段最容易量测的力学特征，因而围岩支护体系位移是进行围岩支护体系变形稳定性判别的主要依据。本文针对隧道结构可靠度研究中的难点问题，通过分析隧道围岩支护体系的受力机理和变形特征，将影响围岩支护体系稳定性的主要因素视为随机变量，建立以基于位移的围岩支护体系变形稳定功能函数，用可靠度理论分析和评定隧道施工过程围岩支护体系稳定性。　　以此为出发点，主要开展了以下几方面的研究工作。　　1.针对隧道施工过程中围岩支护体系的力学特性，根据围岩特征曲线和支护结构特征曲线分析了围岩支护体系的变形机理，明确了施工过程围岩支护体系变形稳定极限状态;根据围岩支护体系的相互作用、失稳机理以及失稳特点，分析了影响围岩支护体系稳定性的主要因素及隧道围岩支护体系稳定性的判断依据。　　2.将影响围岩支护体系稳定性的因素视为随机变量，应用结构可靠度理论研究围岩支护体系变形稳定性;提出用可靠指标或者失效概率评定围岩支护体系稳定性，引入围岩支护体系变形极限状态和极限位移的概念，建立了用位移表示的围岩支护体系变形稳定功能函数和极限状态方程。　　3.基于弹性理论轴对称受力和非轴对称受力的圆形断面隧洞位移解析解，用以普氏理论所得洞室失稳时临界变形经验公式作为拱顶沉降极限位移，建立以位移表示的圆形断面隧洞围岩变形稳定功能函数，用FOSM法计算了圆形断面隧道围岩变形稳定可靠指标。　　4.基于弹塑性理论圆形断面隧道围岩支护体系位移解析解，将以弹塑性理论求得的圆形断面隧洞临界沉降量作为极限位移，建立了考虑支护结构作用和不考虑支护结构作用时圆形断面隧道围岩支护体系变形稳定功能函数，用基于向量投影取样点响应面法计算其变形稳定可靠指标。　　5.对于考虑施工过程且无法求得位移解析解的圆形断面隧道，应用敏感性分析和有限元方法结合求解围岩支护体系位移数值解。建立基于位移数值解的圆形断面隧道围岩支护体系变形稳定功能函数，并对影响围岩支护体系位移的各参数进行了敏感性分析，将参数敏感性分析结果作为围岩支护体系可靠度分析时随机变量取值的依据;通过工程实例证明了本方法的可行性。　　6.对于考虑施工过程且无法求得位移解析解的非圆形断面隧道应用敏感性分析和有限元方法结合求解围岩支护体系位移数值解，将规范中推荐的洞周允许相对收敛值作为极限位移，建立考虑特定施工方法时围岩支护体系变形稳定功能函数，用人工神经网络法分析了某铁路隧道考虑施工过程时围岩支护体系变形稳定可靠度。
作者：	郭健
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	王起才
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文