本文選題：隧道工程　切入點：收斂約束法　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展,各種重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迫切需要新建大量隧道、地下硐室等巖石地下工程。地下巖體工程因其所處環(huán)境的復(fù)雜性且受各種因素的影響,使其存在極大的不確定性和變異性�；诟怕式y(tǒng)計的可靠度方法因其可以定量的考慮各種不確定性因素及巖土體力學(xué)參數(shù)、實際荷載及支護結(jié)構(gòu)等變異性的影響,在隧道等地下工程領(lǐng)域日益得到重視和關(guān)注。為此,本文針對地下工程圍巖變形與穩(wěn)定可靠性分析與評價,建立了考慮支護與圍巖相互作用的隧道多重失效模式及其對應(yīng)的功能函數(shù);提出了基于移動最小二乘法的隧道可靠度分析的一階可靠度法和二階可靠度法;發(fā)展了基于條件概率和Excel電子表格的隧道系統(tǒng)可靠度分析方法;建立了考慮巖體參數(shù)空間變異性的隧道可靠度分析方法;構(gòu)建了基于響應(yīng)面法的隧道開挖概率設(shè)計優(yōu)化模型。通過以上研究,獲得了以下主要成果和認識:(1)利用收斂約束法,闡述了隧道開挖過程中圍巖與支護的相互作用機理,并建立了考慮支護與圍巖相互作用的隧道開挖穩(wěn)定可靠性分析的多種功能函數(shù)。(2)結(jié)合均勻設(shè)計,提出了基于移動最小二乘法的隧道可靠度分析新算法。通過均勻設(shè)計取樣,在U空間(標準正態(tài)空間)中構(gòu)建移動最小二乘響應(yīng)面,并利用迭代算法不斷更新響應(yīng)面從而獲得準確的可靠度結(jié)果。與其他響應(yīng)面模型相比,新算法不僅具有較高的計算精度,且計算量小、內(nèi)部參數(shù)簡單,使得可靠度分析簡便容易。(3)針對具有多個相關(guān)失效模式的隧道問題,提出了基于條件概率的系統(tǒng)失效概率計算方法。通過引入“DS類模型”,實現(xiàn)了“共同來源隨機變量”的識別與定義,將相關(guān)失效模式事件轉(zhuǎn)換成條件獨立失效模式事件。通過條件概率,將系統(tǒng)可靠度分析轉(zhuǎn)換成單失效模式可靠度分析,并建立了基于Excel電子表格的簡單、方便且透明的系統(tǒng)失效概率計算程序。(4)利用插值自相關(guān)和響應(yīng)面法,提出了考慮巖體參數(shù)空間變異性的可靠度分析新算法。通過插值自相關(guān),將隨機場離散為一系列控制點處的隨機變量,并結(jié)合響應(yīng)面,利用一階可靠度法進行隨機可靠度分析,揭示了巖體參數(shù)空間變異性對隧道變形失效概率的影響規(guī)律,研究了巖體參數(shù)波動范圍對隧道變形失效概率的影響,探討了插值自相關(guān)中控制點間距對結(jié)果的影響。(5)針對具有多個失效模式的隧道支護系統(tǒng),提出了基于可靠度的概率設(shè)計優(yōu)化模型。利用響應(yīng)面,分別通過可靠指標法和功能度量法進行概率設(shè)計優(yōu)化的求解,并比較了兩種方法的效率和準確性。討論了巖體質(zhì)量、設(shè)計變量變異系數(shù)和目標可靠度指標等因素對概率設(shè)計優(yōu)化的影響。
[Abstract]:With the sustained and rapid development of the national economy, a large number of underground rock projects, such as tunnels and underground chambers, are urgently needed for the construction of major infrastructure facilities. The underground rock mass engineering is affected by various factors because of the complexity of the environment in which it is located. The reliability method based on probability and statistics can take into account all kinds of uncertainty factors, physical parameters of rock and soil, actual load and support structure, etc. More and more attention has been paid to underground engineering fields such as tunnels. Therefore, this paper analyzes and evaluates the reliability of surrounding rock deformation and stability of underground engineering. The multi-failure mode of tunnel considering the interaction between support and surrounding rock and its corresponding function function are established, and the first-order and second-order reliability methods of tunnel reliability analysis based on moving least square method are proposed. The reliability analysis method of tunnel system based on conditional probability and Excel spreadsheet is developed, and the tunnel reliability analysis method considering the spatial variability of rock mass parameters is established. The optimization model of tunnel excavation probability design based on response surface method is constructed. Through the above research, the following main achievements and understandings are obtained. By using the convergence constraint method, the interaction mechanism between surrounding rock and support during tunnel excavation is expounded. A new algorithm of tunnel reliability analysis based on moving least square method is proposed, which considers the interaction between support and surrounding rock, and combines with uniform design. Sampling through uniform design is carried out. The moving least square response surface is constructed in the U space (standard normal space), and the response surface is continuously updated by iterative algorithm to obtain accurate reliability results. Compared with other response surface models, The new algorithm not only has high calculation accuracy, but also has a small amount of calculation and simple internal parameters, which makes reliability analysis simple and easy. This paper presents a method for calculating system failure probability based on conditional probability. By introducing "DS class model", the identification and definition of "common source random variable" are realized. The correlation failure mode event is transformed into conditional independent failure mode event. Through conditional probability, the system reliability analysis is transformed into single failure mode reliability analysis, and a simple method based on Excel spreadsheet is established. By using interpolation autocorrelation and response surface method, a new reliability analysis algorithm considering spatial variability of rock mass parameters is proposed. The random field is discretized into a series of random variables at the control points. Combining with the response surface, the random reliability analysis is carried out by using the first-order reliability method. The influence of the spatial variability of rock mass parameters on the failure probability of tunnel deformation is revealed. The influence of rock parameter fluctuation range on the failure probability of tunnel deformation is studied, and the influence of control point spacing in interpolating autocorrelation on the result is discussed. The probabilistic design optimization model based on reliability is put forward. The reliability index method and function measure method are used to solve the probabilistic design optimization by using response surface, and the efficiency and accuracy of the two methods are compared, and the quality of rock mass is discussed. The influence of variable coefficient of variation and target reliability index on probability design optimization.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U455

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本文編號：1625146