基于可靠度理论与Matlab的隧道衬砌结构设计与分析

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1、万方数据第28卷第2期采矿与安全工程学报V01．28No．22011年06月JournalofMining&SafetyEngineeringJune2011文章编号：1673—3363(2011)02—0323—05基于可靠度理论与Matlab的隧道衬砌结构设计与分析张道兵1’2，杨小礼1，朱川曲2(1．中南大学土木建筑学院。湖南长沙410075；2．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201)摘要针对隧道衬砌结构稳定性的极限状态功能函数具有高度非线性和其参数具有随机性的特征，提出在Matlab环境下采用

2、蒙特卡罗法进行隧道衬砌结构设计的方法．该计算和设计方法编程过程简化，计算速度快，精度高，且不受极限状态方程非线性、随机变量非正态的限制．结合工程实际，给出了具体的可靠性设计步骤，建立了各参数与可靠度的关系，指出了提高隧道衬砌结构可靠度的方法和措施，为隧道衬砌结构参数设计和优化提供科学依据．结果表明：该计算和设计方法所得到的结果比传统的经验分析法、安全系数法得到的结果更加科学、经济、高效．关键词隧道衬砌；结构可靠度；Matlab；蒙特卡罗法中图分类号X913．4文献标识码ADesignandAnalysisofTunn

3、elLiningStructureBasedonReliabilityTheoryandMatlabZHANGDao-bin91”，YANGXiao-lil，ZHUChuan-qu2(1．SchoolofCivilEngineering&Architecture，CentralSouthUniversity，Changsha，Hunan410075，China；2．SchoolofEnergy＆SafetyEngineering，HunanUniversityofScience&Technology，Xiangtan

4、，Hunan411201，China)AbstractAimingatthecharacteristicthatthelimitstatefunctionsarehighlynonlinearandthattheparametersarerandom，weputforwardanewdesignmethodoftunnelliningstructurebasedonthemethodofMonte-carloinMatlab．Thisdesignmethod，withahighprecision，isnotonlys

5、impleinprogramingandquickincalculation，butalsonotbeinglimitedbynonlineari—tyoflimitstateequationsandbynon-normalrandomvariables．Thenweputforwardthede—signproceduresandexamples．Besides，therelationshipbetweenparametersandreliabilityisestablished。andthemethodsofim

6、provingthereliabilityoftunnelliningstructureanalyzed，whichprovidesascientificevidenceforthedesignandoptimizationoftunnelliningparameters．TheresultsshowthatthecalculationusethismethodiSmorescientific，moreeconomical，andmoreefficient，comparedwiththeconventionalemp

7、iricalanalysismethodandthesafetyfactormethod．Keywordstunnellining；structuralreliability；matlab；themethodofmonte-carlo隧道结构所处的环境条件非常复杂，材料性能、几何参数、边界条件及荷载都具有随机不确定性，传统的安全系数法和经验分析法不能很好地反映其不确定性．应用可靠性理论和推行概率设计方收稿日期：2010一06—19基金项目：国家自然科学基金项目(50874042)作者简介：张道兵(1977一)。男，湖

8、北省石首市人。讲师．博士，从事岩土极限分析与结构安全可靠性方面的研究．BmallIdbzhang@hnust．edu．∞Tel：0731—58290567万方数据324采矿与安全工程学报第28卷法进行工程结构可靠性设计，将设计中的不确定性因素加以量化分析，是当今国内外工程结构设计发展的必然趋势．当前，隧道衬砌结构采用结构可靠性理论进行设计的非常