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原文传递复杂条件下隧道支护体时效可靠性及风险管理研究

论文题名：	复杂条件下隧道支护体时效可靠性及风险管理研究
关键词：	大埋深隧道;支护体;数值模拟;风险管理;风险模拟;风险评估;围岩工程力学
摘要：	近几年来，由于隧道及地下空间工程开发逐渐向深埋、长大方向发展，隧道支护结构失稳而导致的隧道工程事故越来越多，究其原因，主要有两方面：一方面是由于大埋深隧道围岩表现出较强的流变特性，其稳定与可靠性有显著的时效特征，但对隧道围岩及支护体时效稳定及可靠性的研究不足；另一方面，目前，在国内还缺乏一套系统的隧道工程风险评估体系，对隧道工程事故缺乏预见性及有效的管理与评估。对此，本文结合国家自然科学基金“隧道与地下空间工程结构物的稳定性与可靠性”项目，以方斗山大埋深隧道开挖工程为工程研究背景，研究了隧道及地下空间工程支护体的时效可靠性及风险管理问题，主要内容包括：（1）在复杂条件下隧道围岩工程力学特性研究中，首先通过方斗山隧道围岩岩石的单轴、三轴及流变实验和实验结果的曲线拟合及分析，确定了Kelvin-Voigt流变模型作为方斗山大埋深隧道围岩流变模型，并检验了该模型的可行性。（2）以Kelvin-Voigt流变模型为理论基础上，推导了隧道围岩与支护体间的接触压力及位移时效方程；定义了支护体时效破坏概率的概念和计算方法，即支护体时效破坏概率等于支护体位移时程曲线与支护体位移阀值的交点到位移时程曲线收敛点间的弧段长比上支护体与围岩发生作用点与位移时程曲线收敛点之间的弧段长；在此基础上，确定了基于 “荷载—结构”模型的隧道支护体受拉、受压时效可靠性方程和基于“收敛—约束”模型的隧道支护体时效可靠性方程；并运用自编程序，重点分析了基于“收敛—约束”模型的隧道支护体时效可靠性。（3）在理论分析的指导下，在方斗山隧道大埋深段布置了6个监测断面，重点对工字钢拱应力、喷射混凝土与围岩接触压力、喷射混凝土内应力、锚杆轴力、临时钢支撑应力、二次衬砌钢筋应力、二次衬砌与喷射混凝土接触应力以及支护体水平收敛位移及拱顶下沉进行现场监测，并分析了其变化规律。结果表明，运用联合支护形式，方斗山大埋深隧道围岩及支护体历时3个月左右均趋于稳定；初次支护应力小于其极限强度，说明其可靠性较高；二次衬砌上的应力比较小，起到安全储备的作用。监测结果与理论计算结果基本一致。（4）在数值模拟分析中，提出了运用“开挖步”实现支护体时间效应的学术思想。运用3D- 有限元分析程序，对方斗山隧道大埋深段支护体的稳定状态进行模拟分析，确定了隧道断面上初次支护和二次衬砌的水平应力、竖向应力、竖向位移、支护体破坏域、屈服接近度、安全率等的时效变化特征。（5）在隧道工程风险管理研究中，对风险损失的表达式进行推导、修正，并运用风险模拟原理，对风险损失的评估结果进行“可信性”验证；在此基础上，结合隧道工程时效可靠性的研究结果，提出了以时效可靠性及专家咨询相结合的隧道工程半定性、半定量化的风险分析方法；根据我国隧道及地下工程风险管理的不足之处，提出了制定我国隧道及地下工程风险管理体系的建议。
作者：	贾剑青
专业：	采矿工程
导师：	王宏图;唐建新
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文