基于子集模拟法及其改进方法的隧道衬砌可靠度研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文基于子集模拟法及其改进方法的隧道衬砌可靠度研究作者姓名秦晓鹏学科专业岩土工程指导教师陈立宏副教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年六月硕士学位论文基于子集模拟法及其改进方法的隧道衬砌可靠度研究作者：秦晓鹏导师：陈立宏副教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论

2、文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字曰期：丨年色曰签字曰期：年（月丨〒曰m代密级：公）北京交通大学硕士学位论文某子巢投拟法及其改进方法的隧道衬砌可靠度研究作者姓名：秦晓鹏学号：导师姓名：陈立宏职称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：岩土工程研究方向：可靠度理论北京交通大学年月致谢本论文的工作是在我的导师陈立宏副教授的精心指导下完成的，从论文的选题、研究直到论文的定稿，这其中的每一阶段都凝聚着导师陈立宏老师的心血和精力，授之以渔而非授之以鱼”，陈立宏副教授打开了我科学研究的思路，拓宽了我对于专业领

3、域的认识，提高了自己的科研水平。他严谨的治学态度、渊博的学识、科学的工作方法、诲人不倦的精神都对我产生了潜移默化的影响，无形中给了我前进的动力。陈立宏老师不但是自己学术上的导师，更是自己生活中的朋友，待生如友，平易近人，我相信陈老师对于我的帮助和影响也将会在以后的工作和生活中起到重要的作用。在此衷心感谢三年来陈立宏老师对我的关心和指导，学生致以最崇髙的敬意和谢意。在论文的研究中，武汉大学曹子君博士、哈尔滨工业大学薛国峰博士、西北工业大学宋述芳副教授、长沙学院张干清博士等人对于我论文中的研究工作都给予了热情帮助，虽未曾谋面，在此一

4、并表达我的感谢之情。感谢柴小兵、彭文、孙洪月、余雪松、盖会林、樊海柱、赵元齐等同门师兄弟及和我一起学习生活的同学们在我三年的学习生活中的帮助、鼓励与支持。感谢我的家人二十多年来的陪伴与支持，在此特别感谢我的父母和姐姐，是你们的理解与宽容才让我有了前进的动力，是你们无私的奉献才让我勇往直前，是你们的辛劳与支持才让我圆满的完成学业，正是你们的无怨无悔才让我走到了今天，更加坚定追逐梦想。父母恩情大于天，非三言两语足以谢之，唯用一生去报答。感谢在漫漫求学道路上，所有给予我帮助与支持的老师、同学和朋友们；感谢在青葱岁月中，陪伴着我一起成长

5、的伙伴们》最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家！摘要摘要在我国经济高速的发展下，特长隧道、高度超过的高顼、城市地铁工程、具有复杂结构的建筑物等一系列重大工程都在兴建之中，对待此类工程的安全要得到充分的重视，传统的安全系数法虽然在一定程度上能够反映工程的安全性，但是未考虑变量的不确定性与随机性，无法更加全面而又准确地评价工程的安全性，所以可靠度理论的发展对于评价工程的安全性具有重要意义。本文主要对蒙特卡罗法、一次二阶矩法、响应面法等常用可靠度分析方法的基本原理进行了介绍，分析了各个方法在实际应用中的优缺点；针对常

6、用方法的优缺点，文中从子集模拟法的基本思想、中间失效事件的选择、实现步骤及其在实现过程中所涉及到马尔科夫链蒙特卡洛模拟的原理等方面进行了详细介绍，分析了子集模拟法本身具有的优缺点，考虑了在增加马尔科夫链数量和马尔科夫链长度两种情况下对于子集模拟计算精度的影响，根据子集模拟法的特点提出了基于改进子集模拟法两个方向即改进替换蒙特卡罗法（抽样或者马尔科夫链蒙特卡罗模拟（抽样。文中针对子集模拟法、数论方法、重要抽样法三种可靠度分析方法的特点，采用子集模拟法的分层抽样原理，利用数论中的低偏差点集抽样和重要抽样法构造重要抽样密度函数，提出了

7、一种基于三者结合的可靠度分析方法。用实际数值算例验证了其准确性及其应用的可能性，新提出的方法有较好的计算精度，并且在样本点数量和失效概率的变异系数上相对于传统的子集模拟法有较好的改进。以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景，釆用“荷载一结构”力学模型，利用中的技术，采用语言建立大断面黄土隧道二次衬砌的可靠性分析文件，釆用蒙特卡罗一随机有限元法对隧道二次衬砌的荷载效应进行统计分析，得到衬砲内力以及偏心率等变量的统计特征，并分析了随机变量对于轴力、弯矩、偏心率影响系数的灵敏度。最后利用子集模拟法和改进的结合方法对计算了各截面失效概率和可

8、靠度指标，通过计算表明，两种方法在计算隧道衬砌可靠度问题上具有较好的优势，可以作为计算分析隧道衬砌可靠度的方法；从可靠度指标可以看出，本工程隧道衬砌截面在拱顶靠下位置以及拱肩位置可能会出现拉裂情况；衬砌不会出现压坏情况，但是需要注意监测拱肩、拱脚等目标可靠度在临