材料管理軟件

【博士】隧道結構生命全過程可靠度研究【2007】

內容簡介

　　學科專業(yè)：港口、海岸及近海工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：大連理工大學　　學位年度： 2007年　　隧道結構生命全過程由施工期、使用期和老化期三個階段構成。在旌工期隧道圍巖中原有應力平衡被破壞，噴射混凝土及錨桿的強度還在增長過程當中，隨時可能遇到各種險情。隧道進入老化期后，受到自然環(huán)境和使用環(huán)境腐蝕介質的長期作用，導致結構抗力不斷下降，且由于圍巖介質具有流變效應，襯砌所受到的作用不斷增長，導致隧道結構在這一時期呈現較高的風險。風險率較低的使用期，在災害性地震作用下，隧道結構風險率又上升到較高的水平，有關研究目前尚不充分。在隧道結構可靠度已有研究成果的基礎上，抓住隧道結構生命全過程三個階段的特征進行研究，是隧道結構可靠度研究的一個新的拓展，對于保證隧道結構的安全性、適用性、耐久性和經濟性具有重要的指導意義。為此本文以隧道結構生命周期全過程為主線，開展了以下幾方面的研究工作：　　1、施工期盾構隧道開挖面穩(wěn)定及初期支護結構可靠度研究采用數值模擬方法，研究了隧道開挖面的極限支護壓力；以不同工況下地層參數及其極限支護壓力比為樣本，待BP神經網絡訓練完畢后，即可預測大量給定地層參數工況下開挖面的極限支護壓力比，對其進行統計分析，得到概率分布特征；在理論分析的基礎上并結合工程實際，探討了盾構施工土壓力的確定原理；建立了隧道開挖面穩(wěn)定的極限狀態(tài)方程，運用具有全局優(yōu)化能力的遺傳算法，對其進行了可靠度分析。本文除能夠科學合理的評價開挖面的穩(wěn)定程度外，對于盾構施工過程中合理地確定開挖面支護壓力也具有一定的參考作用?！　τ谒淼朗┕み^程中的初期支護結構，目前還沒有一個高效、通用的可靠度計算方法。本文通過圍巖應力釋放系數，用二維問題來對隧道開挖過程進行準三維分析。將施工過程中的隧道視為時變結構，建立了初期支護結構可靠度幾何優(yōu)化模型。針對該模型搜索區(qū)域大而可行區(qū)域小的特點，提出了基于改進遺傳算法的可靠度計算方法，并用蒙特卡羅直接重要抽樣方法對本文方法的求解精度進行了驗證。然后用本文方法分別求得了在不同開挖速度工況下初期支護結構可靠度指標隨時間變化的關系。另外，還對初期支護結構可靠度進行了敏感性分析，對明確隧道施工質量控制重點具有指導意義。　　2、使用期隧道空間結構體系可靠度和抗震可靠度研究針對求解隧道空間結構體系可靠度問題，做了如下工作。首先，在地質統計理論的基礎上，提出了圍巖物性參數等效方差增大函數這一概念，將同級圍巖長度范圍內圍巖對襯砌空間作用的變異性簡化為平面問題。其次，運用Weibull--Boaorna脆性破壞統計理論，求得二次襯砌空間結構等效抗力，從而將同級圍巖長度范圍內的隧道空間結構體系可靠度問題化為平面問題。最后，探討了隧道結構破壞的主要失效模式及其體系可靠度計算方法。文中以某隧道為例，對其進行了空間結構體系可靠度評估。本研究成果為實現隧道空間結構體系可靠度評估開辟了一條新的途徑?！　乃淼澜Y構地震反應譜出發(fā)，基于地層反應位移法，運用誤差傳遞函數，對隧道結構進行不確定性分析，得出隧道結構在地震作用下最不利內力的統計特征。建立了隧道結構承載能力極限狀態(tài)方程，開發(fā)了基于MATLAB優(yōu)化工具箱的工程結構可靠度計算方法。以某隧道V級圍巖淺埋段為例，分別求解了小震、中震及大震作用下隧道結構最不利位置處的可靠度指標。從所求結果可以看出，隨著震級的升高，隧道結構可靠度明顯降低。　　3、老化期隧道結構可靠度研究　　立足于現行計算理論，對由于銹蝕引起小偏心受壓構件的結構性能退化和破壞特征進行了分析，推導了隧道結構小偏心受壓的時變承載能力極限狀態(tài)方程。針對隧道工程中存在的大量不確定性，將圍巖產生的粘性變形作為其彈性變形的初始變形，在線彈性有限元分析理論的基礎上，推導了圍巖粘彈性隨機有限元增量列式，并編制了粘彈性隨機有限元程序，計算了某隧道二次襯砌結構不同時刻的內力及其標準差。以二次襯砌拱頂處為例，探討了混凝土強度折減系數野對可靠度指標的影響，并對二次襯砌結構三個控制截面不同時刻的可靠度進行了評估，發(fā)現隧道結構可靠度指標隨時間的延長而幾乎呈線性衰減，并對可靠度指標的衰減原因進行了分析。這對于隧道結構日常管理、維護、加固等環(huán)節(jié)具有一定的實用價值和理論意義?！　?

專題推薦