基于可靠度理論的黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全評價與分析方法.pdf

1、黃土隧道作為特有的土質(zhì)隧道，它與其他隧道以及南方的軟土隧道有著較大的區(qū)別，由于黃土所特有的物理力學(xué)性質(zhì)和較強(qiáng)的水敏性等特點，這給黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性分析與應(yīng)用帶來不小的困難。為此，論文以工程結(jié)構(gòu)可靠性理論知識為基礎(chǔ)，開展了黃土隧道結(jié)構(gòu)可靠性相關(guān)問題的研究，具體做了以下幾個主要方面的研究工作：
　　1.定值設(shè)計參數(shù)下黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力特性及破壞機(jī)理的研究
　　為了研究黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力特性和破壞情況，自主研發(fā)了適用

2、于黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)模擬分析的計算程序，該程序是以“荷載——結(jié)構(gòu)”模型為計算模型的一個隧道結(jié)構(gòu)計算程序，該程序主要考慮了在進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計參數(shù)和圍巖物理力學(xué)參數(shù)不變的情況。接著，應(yīng)用此程序?qū)Φ湫蛿嗝娴狞S土公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，根據(jù)黃土固有的工程特性，總結(jié)出了在定值設(shè)計參數(shù)下，黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力和破壞特性，并結(jié)合由程序計算得來的安全系數(shù)，總結(jié)出了黃土隧道在荷載作用下的最不利位置，為今后黃土隧道支護(hù)參數(shù)設(shè)

3、計提供了設(shè)計經(jīng)驗。同時，它對于黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全施工也有著指導(dǎo)意義。
　　2.結(jié)構(gòu)可靠性理論在黃土隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究
　　設(shè)計階段的黃土隧道結(jié)構(gòu)可靠性的研究工作是一個難度較大的工作。為此，將進(jìn)行了以下三個方面的研究：
　　(1)針對黃土物理力學(xué)參數(shù)的復(fù)雜性、多變性，同時考慮到關(guān)于黃土地層參數(shù)的試驗數(shù)據(jù)較少，故論文通過查閱已有的試驗資料和一些研究成果，并利用數(shù)理統(tǒng)計知識進(jìn)行分析計算，得到了黃土中相關(guān)地層參數(shù)的概

4、率分布類型和它們的數(shù)學(xué)特征值，為后續(xù)黃土隧道結(jié)構(gòu)可靠性分析提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而這些地層參數(shù)的概率分布類型和統(tǒng)計特征值也是由本文首次計算整理得到的。同時，這些統(tǒng)計特征值和概率分布類也為今后研究黃土地區(qū)內(nèi)其它建筑結(jié)構(gòu)物的可靠性提供了計算參數(shù)上的便利；
　　(2)在進(jìn)行黃土隧道圍巖壓力的概率統(tǒng)計分析時，借鑒了規(guī)范中關(guān)于隧道結(jié)構(gòu)物處于概率極限狀態(tài)法下，深埋隧道圍巖壓力的計算方法，同時，考慮了黃土隧道塌方高度的變異性和圍巖容重變異性之間

5、的主次關(guān)系，最終得到了圍巖壓力統(tǒng)計特征值和概率分布類型，這就解決了“荷載——結(jié)構(gòu)”模型中的荷載問題和概型問題。接著，以蒙特卡羅——有限元法為基礎(chǔ)，結(jié)合“荷載——結(jié)構(gòu)”模型，自助研發(fā)了隧道襯砌結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)數(shù)值仿真有限元程序和隨機(jī)變量的生成程序等六個主要的計算程序，通過這六個主要計算程序，論文實現(xiàn)對黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性的計算和分析工作，這些隧道結(jié)構(gòu)可靠性分析程序，也為以后其它隧道襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性分析提供了計算手段。
　　(3)通過上

6、述程序的應(yīng)用，可計算得出典型斷面的黃土公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)各個截面處的可靠性指標(biāo)，把這些指標(biāo)與經(jīng)驗指標(biāo)進(jìn)行對比，以此來評價該隧道襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否合理、安全。同時，把由傳統(tǒng)安全系數(shù)法得到的結(jié)論和由可靠性指標(biāo)得來的推斷進(jìn)行仔細(xì)對比，以此證明，在隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計階段應(yīng)用結(jié)構(gòu)可靠性理論的方法是可行的，也是準(zhǔn)確的，這也為今后設(shè)計階段的隧道結(jié)構(gòu)可靠性分析和評價提供了一個新的方法手段。
　　3.現(xiàn)役黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性分析與應(yīng)用研究
　　針對

7、現(xiàn)役的秦東黃土隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性評價，提出了從襯砌厚度入手，通過地質(zhì)雷達(dá)獲得現(xiàn)役隧道的實際尺寸厚度，將隧道的設(shè)計尺寸和實際尺寸運(yùn)用可靠性理論進(jìn)行分析計算，進(jìn)而來評價該隧道在運(yùn)營階段襯砌結(jié)構(gòu)的安全可靠性，這便是論文提出的評價現(xiàn)役黃土隧道結(jié)構(gòu)可靠性的一種簡單、可行的方法，這個方法的提出為后續(xù)其他現(xiàn)役隧道襯砌結(jié)構(gòu)的評價提供了一個切實可行的方法。同時，從結(jié)構(gòu)可靠性概率這個角度出發(fā)，即當(dāng)結(jié)構(gòu)的可靠性概率為95％時，就可以認(rèn)為該結(jié)構(gòu)是安全可靠的，故