隧道围岩与支护结构稳定可靠性分析方法研究

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1、学校代号10532学号B0901S0011分类号TU473密级公开博士学位论文隧道围岩与支护结构稳定可靠性分析方法研究学位申请人姓名梁斌培养单位土木工程学院导师姓名及职称苏永华教授学科专业岩土工程研究方向地下结构与隧道工程论文提交日期2015年9月25日学校代号：10532学号：B0901S0011密级：公开湖南大学博士学位论文隧道围岩与支护结构稳定可靠性分析方法研究国家自然科学基金项目（51378195,51078136）资助学位申请人姓名：梁斌导师姓名及职称：苏永华教授培养单位：土木工程学院专业名称：岩土工程论文提交日期：2015年9月25日论文答辩日期：2015年11月13

2、日答辩委员会主席：赵明华教授TheresearchonanalysismethodofreliabilityforstabilityoftunnelsurroundingrockandsupportingstructurebyLIANGBinB.E.(BeijingForestryUniversity)2008AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinGeotechnicalEngineeringintheGraduateSchool

3、ofHunanUniversitySupervisorProfessorSUYonghuaSeptember,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取。得的研究成果除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。＂＇作者签名：日期：＾＾年／月＇〇日Ｉ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国

4、家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可レッ将本学位论文的全部或部分内容编入、有关数据库进行检索，可レッ采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１□。．保密，在年解密后适用本授权书２．不保密囚。＿＂＂请在レッ上相应方框内打Ｖ（）兰式兴）ｆ年作者签名：曰期；月口曰／导师签名日期：年／／月／公日隧道围岩与支护结构稳定可靠性分析方法研究摘要隧道工程是岩土工程的重要研究领域之一，由于隧道所处地下环境及岩土体材料成因历史等原因，决定隧道结构稳定的各类因素存在无法忽视的不确定性。而

5、可靠度或相应的非确定性方法可以有效地考虑地层环境及岩土体物理力学参数的变异性，其概率表征指标有助于更清楚地表达地下工程的失效风险。隧道结构稳定可靠性评价一直是隧道工程领域所面临的重大理论问题之一。可靠性评价为实施地下工程可靠性优化设计提供依据，同时也是风险预测的必要环节。合理可行的可靠度计算方法是实施地下工程可靠性评价的必然途径，其计算结果的准确性与适应性不仅直接关系到地下工程的安全可靠程度，而且也将为制定合理的工程处置方案提供依据，对工程决策产生重大影响。为此，本文在考虑隧道工程不确定参数随机特征描述方法及处理的基础上，分别从概率、非概率以及两者相结合的角度对隧道工程进行不确定

6、性分析研究。首先，通过两条途径构建隧道围岩与支护结构功能函数。其一，基于组合拱原理、位移变形协调原理、弹性厚壁筒理论及围岩破裂模型，建立了隧道锚喷支护结构功能函数。其二，根据现代地下结构力学的核心观点——围岩不仅是支护体系的一部分，而且是承载的主体，以Duncan–Fama地层特征描述函数为基础，结合整体式衬砌力学机制，通过收敛-约束原理，导出支护体系中围岩变形表达方程，根据工程类比方法确定承载围岩容许变形，按照变形失稳控制原则，建立围岩结构功能函数。其次，基于概率论模型，针对隧道功能函数高度非线性隐式特征导致常规可靠度方法无法运用这一难点，基于半解析公式的Nataf变换与八点估

7、计法相结合，构建了仅依靠基本变量统计特征并能考虑其相关性的非线性隐式功能函数统计矩点估计法。以统计矩为约束，基于最大熵原理，导出了功能函数的概率密度函数，从而建立了复杂结构可靠度求解的一维直接积分方法，为类似隧道锚喷支护的稳定可靠度求解提供了直观、实用并满足精度的计算途径。为进一步拓展高度非线性泛函隐式功能函数可靠度求解方法，利用数值差分理论将具有很高精度的二次二阶矩算法进行改造，有效地解决了一次二阶矩法、二次二阶矩法等可靠度方法需要对功能函数进行偏导数求解这一难题。将此方法应用