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原文传递考虑围岩空间变异性的浅埋隧道开挖及可靠度分析

论文题名：	考虑围岩空间变异性的浅埋隧道开挖及可靠度分析
关键词：	浅埋隧道;开挖施工;变形机制;可靠度;围岩空间变异性
摘要：	在目前大多数的隧道工程的设计和分析中将岩土体看作是均质的，这样的做法往往忽略了岩土体的一个固有特性即岩土空间变异性。岩土空间变异性的存在会极大的影响隧道的开挖过程，不考虑岩土空间变异性的隧道设计和分析可能偏于保守或偏于不安全。随着隧道工程的发展，围岩空间变异性研究已经成为目前隧道工程中的一个研究热点。为了研究围岩空间变异性下的浅埋隧道开挖变形以及可靠度，本文建立起了考虑围岩空间变异性的隧道开挖二维随机场模型，通过大量的数值模拟实验对围岩参数随机场下的隧道开挖展开了研究。本文主要工作和结论如下：　　（1）基于拉丁超立方体抽样和协方差分解法原理在MATLAB中编写了实现岩土参数随机场的程序，并通过Fish语言将参数随机场数据映射到FLAC3D数值网格中，建立起了一种快速实现随机有限差分模型分析的流程。　　（2）通过确定模型参数建立了二维隧道随机有限差分模型，基于摩尔-库伦模型，针对弹性模量、内聚力和内摩擦角的不同空间变异性设计了共计30种随机场工况，每种工况下的参数随机场进行500次的抽样和计算，通过对数值实验的结果进行总结和分析，研究了参数空间变异性下隧道开挖后的围岩变形、地表沉降以及围岩破坏机理。结果表明，隧道围岩变形范围随着参数空间变异性的增大而增大，各参数空间变异性对变形的影响程度不同，对拱顶沉降而言：内摩擦角＞弹性模量＞内聚力，对水平收敛而言：内摩擦角＞内聚力＞弹性模量。在参数空间变异性下，隧道围岩的破坏不同于均质围岩形成对称剪切破坏面，而是会沿着围岩参数值较小的软弱区域发展，随着参数空间变异性的增大，围岩剪切应变带逐步变宽和变大，剪切破坏区域增加。通过对不同参数空间变异性下隧道开挖的地表沉降曲线分析，提出了参数随机场下地表沉降曲线相对于确定性参数下的四种不同形态，分别为曲线上下移动、最大沉降左右偏移、曲线单侧沉降较大以及曲线出现多个极值点的情况。　　（3）采用应力松弛法求解了收敛约束法中至关重要的围岩特性曲线，研究了各参数空间变异性对围岩特性曲线的影响，结果表明，围岩参数空间变异性下的围岩特性曲线相对于确定性结果有所上移，这意味着在相同支护时机下，支护结构需要承受更大的围岩压力，或者说在相同支护压力下，围岩和支护结构会产生更大的位移。　　（4）基于收敛约束法建立了四种求解隧道可靠度的功能函数，并以围岩变形建立的功能函数研究了各参数空间变异性对隧道可靠度的影响，结果表明，各参数空间变异性的增大将使得隧道可靠度降低，各参数空间变异性对隧道可靠度的影响程度为：内摩擦角＞弹性模量＞内聚力。　　（5）以处于回填土段的地铁隧道为背景，建立了考虑回填土空间变异性的随机场模型，通过数值模拟分析了隧道开挖变形和地表沉降，并依据功能函数验证了设计参数下的隧道可靠度。
作者：	陈小兵
专业：	工程(建筑与土木工程)
导师：	陈建功
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2021