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基于底部优化设置的隧道围岩-支护系统可靠性分析
| 论文题名： | 基于底部优化设置的隧道围岩-支护系统可靠性分析 |
| 关键词： | 公路山岭隧道;支护结构;稳定性分析;可靠性评价 |
| 摘要： | 优化公路山岭隧道初期支护的底部支护形式，无论对隧道的设计还是施工都具有一定的指导意义，然而底部优化后对隧道围岩-支护系统的稳定可靠性具有什么样的影响有待进一步研究。因此，本文依托河北省交通厅科技计划项目《隧道底部动态围岩分级及新支护体系长期稳定性研究》，通过有限差分软件模拟计算、现场监控量测和理论分析相结合，针对隧道初期支护可靠性以及施工过程中的风险评价进行了具体系统的研究。论文主要完成了以下研究内容： （1）引入岩体完整性系数Kv和岩体风化程度系数Kf对地质强度指标GSI进行定量化分析从而估算Hoek-Brown强度准则中的岩体力学参数。 （2）针对Ⅳ1级和Ⅲ2围岩三车道隧道底部不同支护形式进行数值模拟分析。通过围岩的竖向位移、应力、围岩塑性区范围及其二次衬砌的位移和应力，结果表明在埋深小于等于200m的情况下可以取消仰拱，通过现场监控量测反馈隧道的稳定情况。 （3）受到响应面法理论的启示，采用围岩弹性模量E、泊松比μ、地质强度指标GSI以及埋深H为随机变量，先拟合出位移响应量与各随机变量的单一变化函数，最后将这些因子组合，建立基于位移分析的不同围岩级别具有显示表达式的功能函数。 （4）采用极限位移来判断隧道的稳定性，计算隧道的可靠度。将参数E、GSI、μ、γ的五个分位值进行交叉模拟计算，统计出比《公路隧道设计规范》中更加详细的极限位移值。 （5）统计23个隧道150个断面的Kv值和Kf值，通过查表得出各个断面的GSI值。通过假设性检验，得出不同围岩级别GSI值的服从正态分布。 （6）建立隧道初期支护的位移极限平衡方程，利用Matlab强大的随机数发生器指令功能来实现蒙特卡罗法的抽样，计算出Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩在不同埋深下的拱顶、拱腰、拱脚处的可靠度指标值，最后计算整座隧道的可靠度指标值为1.45，说明整座隧道稳定可靠。 （7）采用数据包络分析法（DEA）对隧道初期支护可靠性进行评价，以隧道施工中可能出现的大变形分析为例，通过层次分析法建立评价体系模型。结合各风险因素发生的概率及后果严重程度为DEA法建立的风险评价模型提供初值，移动最大风险曲面对各决策单元的风险状况进行排序，排序结果为决策单元2＞1＞3＞4＞5、6＞7。 |
| 作者： | 王可意 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 徐东强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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