浅谈隧道结构失稳及可靠度研究

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1、西安科技大学硕士学位论文隧道结构失稳及可靠度研究姓名：吴翔天申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：谷拴成20050101西姜料技太孽。学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的缝方外，论文中不惫禽其链入或集体邑经公舞发表或撰写过麴磺究成果，也不包含为获得滔安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一网工作的瞰态对本研究所做的任何贡献均已在论。文中散了鳃确既说骥辨表示了谢意。、．一学位论文作者签名：象

2、翔习；乙网期：埘够．啦苕学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期问论文工千譬的知识产权单位属于魏安科技大学。学校有权保蜜弗交-翻家有关部门绒梳鞫送交论文豹复印俘和电予版。本人充{謦论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据痒进行检索，可以采用影印、缩印或{薯撼等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕她后结合学位论文研究课题再撰篙的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密谂文符解密惹逶霜本声明。。，门学位论文作者签名：豸绷五指导教师

3、签名：．≯抄功’Fj一'年簪兵修Ft论文题目：隧道结构失稳及可靠度研究专业：岩土工程硕士生：吴翔天指导老师：谷拴成(签名)摘要蔓轴主趟在地下工程结构分析中，人们常用传统的单一安全系数法，由于该方法不能考虑结构各参变量客观存在的随机特征，而存在诸多自身不能克服的弊端。本文用可靠度来度量结构的可靠性能，使工程设计更趋科学、合理，更能反映问题的本质。本文在查阅大量文献的基础上，通过对隧道结构失稳原因的分析，探讨了隧道失稳的影响因素和失稳形式，同时对隧道失稳的判断依据进行了系统的阐述，确定了容许极限位移量作为本文隧

4、道结构失稳模拟的判定依据。论文依托秦岭I号隧道工程，利用其有关资料，选用I)ruker—Prager准则作为岩体屈服准则对典型区段进行三维非线性有限元分析。研究成果表明，拱腰部位出现应力集中，最大值出现在距拱脚1／3处，拱顶应力为最小；开挖、支护完成后，拱顶部位位移最大，拱腰次之，拱脚最小，此结果与现场监测相比分布基本一致。目前，对类似隧道结构等大型地下洞室结构的可靠性分析已成为国内外有关学者的研究焦点之一，由于结构的复杂性。其结构功能函数无法用显式表达，以致无法直接使用～次二阶法及其改进方法。而且象这种大

5、型的复杂结构采用蒙特卡洛法，将需上万次模拟，使之实用性受到质疑。为此，本文采用响应面法构造模拟函数，将响应面法与蒙特卡洛法相结合对秦岭I号隧道进行可靠性分析。研究成果表明该段隧道结构处于稳定状态，可靠性分析中可以看出口值拱脚最大，拱顺次之，在拱腰上部I／3处可靠度变小而后变大，然后重新交小直至拱顶最小，与三维非线性有限元分析和实际监测位移变化基本一致，且与蒙特卡罗法5000次模拟相比较误差控制在3％以内，因此本文方法是可行的。本文利用响应面法构造功能函数之后，计算结构的可靠指标时，一般只需迭代4～5次即能满

6、足精度要求，此时响应面法相当于提高了蒙特卡洛法的抽样技术，有效地提高蒙特卡洛法的模拟效率。本文通过对典型区段三维非线性有限元分析、可靠度模拟研究及对现有监测资料的整理分析对比，获得了较为满意的结果。本文所提供的可靠度分析方法可行且基本上反映了隧道结构的实际稳定状态，本次模拟分析考虑的参数及分布特征基本能满足要求，实例证明该方法效率高，实用性强，用于地下结构的可靠性分析是可行的，在类似大型复杂结构的可靠度模拟中具有推广价值。关键词：隧道结构失稳缩构可靠度Dru妯卜Prager准则有限元响鹿面法蒙特卡罗法研究类

7、型：成脬研究Subject：StudyonFailureandReliabilityofTunnelStructureSpecialty：GeoteehniqueName：WuXiangtian(Signature)丝焰殛Instruct。r：GuShuancheng(Signature)．!≤；￡：‘12≤；!：：!!：!：!：乡ABSTRACTTraditionalmethodofsafetycoefficientisusedwidelyintheanalysisofundergroundconstru

8、ctionengineering．Becausestochasticcharacteristicsofallfactorsandvariablescannotbeconsideredwiththismethod，manyshortcomingsofthemethodcannotbesolvedbyitself．111echaracteristicofstructuralreliabili．tyisdescribe