原文传递
基于贝叶斯方法的隧道开挖静力荷载效应概率模型
| 论文题名： | 基于贝叶斯方法的隧道开挖静力荷载效应概率模型 |
| 关键词： | 隧道开挖;荷载效应;概率模型;贝叶斯方法;结构可靠度;数值模拟 |
| 摘要： | 隧道在施工过程中因开挖而引起的静力荷载是隧道衬砌结构所承受的主要荷载形式之一。由于地下工程的复杂性，隧道开挖荷载效应的科学评估一直是土木工程的难点问题之一。无论是现场实测还是模型试验，均难以准确估计隧道的开挖荷载。目前，随着我国的隧道工程的不断发展，系统科学地估计隧道结构的开挖静力荷载对于保障隧道结构的安全性具有重要意义。在开挖荷载效应的研究和工程实践中，主要是采用基于力学原理的解析方法和基于有限元软件的数值模拟方法。在现有的解析方法中，由于地层压力计算精度不高，未充分考虑土结构相互作用等，计算得到的开挖荷载效应通常与真实值存在明显偏差。有限元方法通常能够给出较为准确的荷载效应估计值，但并不便于工程实践，且难以综合考虑各因素的随机性。鉴于此，本文系统研究了圆形衬砌隧道在开挖荷载作用下弯矩、轴力和变形效应，以有限元模拟结果为基础数据，通过在解析方法的基础上增加修正项的方式提出了3种荷载效应的概率模型以及它们的联合概率模型，并采用贝叶斯方法估计模型参数，这些模型的建立能够为圆形隧道的易损性分析以及基于可靠度的设计提供指导。具体研究内容如下： （1）为使模型具有明确的物理意义，本文的荷载效应概率模型通过在基于力学原理的解析方法的基础上增加修正项的方式获取，并以有限元模拟结果作为基础数据标定模型参数。因此，本文系统讨论和对比了基于不同理论计算隧道衬砌荷载效应的解析方法，并给出了本文所采用的有限元数值模拟方法，如材料属性、土结构相互作用和边界条件等。 （2）为综合考虑不同因素的影响，本文系统对比分析了施工方式、埋深和材料性质等因素对隧道开挖荷载效应的影响规律，筛选了一组对荷载效应影响显著的参数，结合设计规范和实际隧道工程给出了这些参数的取值范围，基于均匀设计方法设计了一组需进行有限元模拟计算的样本点，并进行了有限元计算与结果提取。 （3）为获取无偏估计的荷载效应概率模型，本文以样本点的有限元计算结果为基准数据，采用贝叶斯方法对隧道开挖荷载效应概率模型进行优化和参数估计，并分别考虑了隧道衬砌的弯矩、轴力和变形3种荷载效应，每一种荷载效应均单独给出了一种概率模型，并结合实际隧道工程实例给出了本文概率模型的应用示例。 |
| 作者： | 王韶晖 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 边文凤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
