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考虑围岩--支护相互作用的隧道稳定与衬砌安全可靠度评价
| 论文题名： | 考虑围岩--支护相互作用的隧道稳定与衬砌安全可靠度评价 |
| 关键词： | 隧道;围岩-支护相互作用;约束收敛法;承载力图;可靠度分析;衬砌厚度 |
| 摘要： | 随着国民经济的快速发展，我国隧道和地下工程的建设需求愈来愈大。隧道和地下工程由于所处的地质环境复杂，存在大量的不确定性和变异性，属于高风险建设项目。因此，在考虑衬砌结构设计和施工方案选择中，基于不确定理念的可靠度分析方法在地下工程中的应用受到广泛关注。本文基于隧道施工过程中围岩-支护相互作用分析，采用可靠度方法探讨了隧道的衬砌结构设计和施工方案选择问题，主要研究内容和结论如下: (1)针对隧道围岩-支护相互作用问题，目前圆形隧道多采用收敛约束法计算围岩-支护相互作用，而非圆形隧道由于缺乏解析解，需借助数值模型计算分析。本文首先总结了圆形隧道特性曲线的解析解，在此基础上，采用数值模型计算了非圆形隧道的纵向变形曲线和围岩、支护的特性曲线，提出了一套非圆形隧道围岩-支护相互作用分析方法。 (2)针对衬砌结构安全评价问题，基于衬砌承载力图法，探讨了非圆形隧道的衬砌结构受力安全。综合考虑衬砌受到的拉、压、弯、剪等复杂受力状况，基于材料力学理论，采用衬砌承载力图法，获得了衬砌轴力、剪力和弯矩与安全系数的定量关系，据此作出衬砌承载力图，作为评价衬砌结构安全性的有效方法。 (3)考虑隧道工程的不确定性影响，提出了基于一阶可靠度法和响应面法的隧道可靠度分析模型。针对隧道围岩衬砌系统的三种失效模式构造功能函数，将隧道围岩及衬砌结构的五个参数视为随机变量，采用中心取样法确定样本点，在标准正态空间(U空间)中构造多项式响应面拟合真实的极限状态面，通过多次迭代更新后获得不同失效模式下的隧道可靠度指标和失效概率。 (4)在上述研究基础上，进一步探讨了衬砌安装位置和厚度对于隧道可靠度指标和失效概率的影响。结果表明:当衬砌厚度不变时，衬砌安装位置与掌子面的距离越大，考虑衬砌结构安全的可靠度指标越大，失效概率越小;而考虑围岩变形失稳的可靠度指标越小，失效概率越大。当衬砌安装位置不变时，随着衬砌厚度的不断增加，考虑衬砌结构安全的可靠度指标不断增加，失效概率减小;考虑围岩变形失稳的可靠度指标不断下降，失效概率增大。 |
| 作者： | 王玮沁 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 吕庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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