基于不確定性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性及風(fēng)險分析研究.pdf

1、隧道圍巖穩(wěn)定性及風(fēng)險分析是一個復(fù)雜的非確定性問題,分析過程中存在大量的隨機性、模糊性和未確知性信息,傳統(tǒng)的確定性分析方法難以反映上述特點,因此,有必要開展基于不確定性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性及風(fēng)險分析研究,具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值。為此,本文綜合運用概率統(tǒng)計理論、模糊數(shù)學(xué)理論與區(qū)間數(shù)學(xué)理論,在探討巖體力學(xué)參數(shù)確定方法基礎(chǔ)上,分別從定性與定量兩個方面對隧道圍巖穩(wěn)定性進行研究,進而對隧道施工風(fēng)險進行評價。
　　 本文首先對巖體力

2、學(xué)參數(shù)確定方法進行研究。針對巖石抗剪強度確定的隨機模糊方法存在的不足,在最小二乘法基礎(chǔ)上,將試驗值對估計值的隸屬度作為擬合偏差權(quán)重,建立出巖石抗剪強度確定的模糊擬合方法,并分析了參數(shù)取值模糊隨機可靠度與置信區(qū)間。此外,針對模糊擬合分析結(jié)果難以反映試驗數(shù)據(jù)分布特征的不足,采用非對稱三角模糊數(shù)作為巖石抗剪強度準則方程系數(shù),將試驗值對估計值的隸屬度作為權(quán)重系數(shù)對最可能計算取值與試驗值的偏差進行修正,并將其加權(quán)差方與某截集水平下的非對稱三角模糊

3、數(shù)區(qū)間寬度之和作為目標函數(shù)進行模糊優(yōu)化分析,進而建立了基于非對稱三角模糊數(shù)的巖石抗剪強度確定方法。
　　 為進一步獲得巖體力學(xué)參數(shù),考慮地質(zhì)強度指標(GSI)取值過程中所具有的區(qū)間與模糊不確定性,分別采用區(qū)間數(shù)與三角模糊數(shù)表示參數(shù)取值,并采用結(jié)構(gòu)面表面等級(SCR)與節(jié)理特征系數(shù)(Jc)對結(jié)構(gòu)面表面特征進行量化取值,采用巖體結(jié)構(gòu)等級(SR)與巖塊體積(Vb)對巖體結(jié)構(gòu)進行量化取值,進而利用基于GSI的Hoek-Brown強度準則

4、、巖體力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗確定公式以及區(qū)間優(yōu)化運算方法與截集技術(shù),分別建立出基于區(qū)間理論與GSI的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法和基于模糊理論與GSI的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法。
　　 其次,在巖體力學(xué)參數(shù)取值基礎(chǔ)上,從圍巖分級與可靠性分析兩個方面分別對隧道圍巖穩(wěn)定性進行研究。在圍巖分級方面,根據(jù)圍巖分級主要影響因素的層次性與模糊性,建立出隧道圍巖分級二級模糊綜合評判模型,探討定量與定性指標隸屬度與權(quán)重確定方法,并引入變權(quán)重思想,建立出隧道圍巖分級變

5、權(quán)重二級模糊綜合評判方法。此外,針對評價指標隸屬度與權(quán)重取值過程中所具有的區(qū)間特性以及評判運算過程中所具有的非線性特征,采用區(qū)間數(shù)表示評價指標與其相互重要程度取值,在探討隸屬度與權(quán)向量區(qū)間數(shù)確定方法以及非線性模糊運算方法基礎(chǔ)上,建立出隧道圍巖分級區(qū)間非線性模糊綜合評判方法。
　　 在可靠性分析方面,采用三角模糊數(shù)表示巖體物理力學(xué)參數(shù)取值,根據(jù)隧道圍巖錨噴支護結(jié)構(gòu)剪切破壞理論,確定出圍巖噴錨支護結(jié)構(gòu)可靠性分析功能函數(shù),在探討模糊可

6、靠性指標求解方法基礎(chǔ)上建立出隧道圍巖錨噴支護結(jié)構(gòu)模糊能度可靠性分析方法；根據(jù)塊體失穩(wěn)極限分析方法,在給定安全系數(shù)下確定出塊體沿單面滑動與雙面滑動的可靠性分析功能函數(shù),進而建立出隧道圍巖塊體模糊能度可靠性分析方法；根據(jù)邊坡穩(wěn)定極限分析方法,在給定安全系數(shù)下確定出隧道口邊坡穩(wěn)定可靠性分析功能函數(shù),進而建立出隧道口邊坡模糊能度可靠性分析方法。
　　 然后,對隧道施工風(fēng)險進行分析。針對隧道施工特點以及影響因素的層次性與模糊性,建立出隧道

7、施工風(fēng)險二級模糊綜合評判模型,根據(jù)層次分析法確定影響因素權(quán)重時其重要程度取值具有不確定性的特點,利用三角模糊數(shù)互補判斷矩陣排序方法確定權(quán)向量,并采用非線性模糊算子進行計算,從而建立出隧道施工風(fēng)險非線性模糊綜合評判方法。同時,針對隧道施工支護結(jié)構(gòu)影響因素取值所具有的不確定性,采用模糊能度可靠性分析方法計算支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概率,并通過非線性模糊綜合評判方法建立隧道施工支護結(jié)構(gòu)后果等級分析方法,進而建立出隧道施工支護結(jié)構(gòu)風(fēng)險評估模糊分析方法。