公路隧道围岩压力统计规律及衬砌结构可靠性分析

发布时间：2017-06-10 13:18

  本文关键词：公路隧道围岩压力统计规律及衬砌结构可靠性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：隧道工程中存在的诸多不确定性使人们对传统以安全系数保证结构可靠性的方法产生了质疑,工程实际的不确定性与计算技术的准确性产生了矛盾,可能使衬砌结构设计偏离实际。为了深入了解公路隧道围岩压力与衬砌结构作用机理,合理评价特定隧道衬砌结构可靠性,本文以邢汾高速邢台段为依托,分析了围岩压力统计特点、围岩压力时空分布规律,以围岩压力实测值为衬砌结构荷载之一,以正常使用极限状态为判断结构是否失效的标准,采用荷载结构法对衬砌结构进行确定性数值分析,采用蒙特卡罗法和响应面法对衬砌结构进行可靠性分析,同时将确定性数值分析和基于参数随机性的非确定性数值分析进行了对比。主要取得以下成果:(1)总体而言,随着围岩级别的增加,围岩压力实测值呈增大的趋势。围岩压力实测值总体分布范围大致在0~1.6MPa,一般来讲实测围岩压力值很少小于20kPa,也很少大于720kPa;围岩压力实测值近似表现为“快速增长—缓慢增长—基本稳定—有所波动”的增长模式,波动情况受工程扰动影响较大;围岩压力沿开挖轮廓线的分布具有一定的随机性和相当的不均匀性,在拱肩位置往往有着相当的围岩压力。(2)从确定性数值分析来看,黄岩子出口右幅YK80+383断面(Ⅳ级)衬砌结构最危险的部位在拱肩,寨子沟隧道进口左幅ZK76+262断面(Ⅴ级)最危险的部位在仰拱与拱脚的交接处,其次是拱肩。对衬砌结构影响最大的是截面弯矩,轴力有利于缓和弯矩引起的截面表面受拉破坏,故也对二衬结构的稳定起了一定的作用。(3)从非确定数值分析来看,与确定性数值分析相比,模拟结果不再是一个具体的数值,而是一个范围。由蒙特卡罗法和响应面法模拟结果可以得出以下结论:由失效概率很小,判断黄岩子出口右幅YK80+383断面(Ⅳ级)和寨子沟隧道进口左幅ZK76+262断面(Ⅴ级)衬砌结构是可靠的。截面弯矩与各参数呈现一定的线性相关关系。
【关键词】：现场实测 围岩压力分布 数值分析 衬砌结构可靠性
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的和意义10-11
• 1.3 研究现状11-15
• 1.3.1 监控量测研究现状11-12
• 1.3.2 隧道结构体系的计算模型及应用现状12-13
• 1.3.3 可靠性理论的发展和应用现状13-15
• 1.4 主要研究内容和方法15-16
• 2 监测概况16-26
• 2.1 邢汾高速公路简介16
• 2.2 围岩压力监测断面地质概况16-21
• 2.3 支护类别参数设置及其特点21-26
• 2.3.1 复合式衬砌特点21
• 2.3.2 Ⅲ级围岩支护参数21-22
• 2.3.3 Ⅳ级围岩支护参数22-23
• 2.3.4 Ⅴ级围岩支护参数23-26
• 3 围岩压力现场监测及统计数据分析26-34
• 3.1 监控量测目的26
• 3.2 围岩压力的监测方法26-28
• 3.3 各断面监测原件布置设计28-29
• 3.4 围岩压力统计样本29-31
• 3.5 围岩压力统计特点31-34
• 4 围岩压力分布规律与特征34-50
• 4.1 围岩压力时间变化特征34-47
• 4.1.1 贺坪峡隧道出口左幅ZK77+613.5 监测断面(Ⅲ级)34-36
• 4.1.2 黄岩子隧道进口左幅ZK79+160断面(Ⅲ级)36-38
• 4.1.3 黄岩子隧道进口右幅YK79+521断面(Ⅳ级)38-40
• 4.1.4 黄岩子隧道出口右幅YK80+383断面(Ⅳ级)40-42
• 4.1.5 后偏梁隧道进口左幅ZK63+353断面(Ⅴ级)42-45
• 4.1.6 寨子沟隧道进口左幅ZK76+262断面(Ⅴ级)45-47
• 4.2 围岩压力空间分布特征47-50
• 5 二次衬砌结构确定性数值分析50-65
• 5.1 荷载结构法50-51
• 5.2 有限元法和ANSYS51-53
• 5.2.1 有限元法及其分析过程51-52
• 5.2.2 ANSYS简介52-53
• 5.3 Ⅳ级围岩二次衬砌结构确定性数值分析53-58
• 5.3.1 数值模型的建立53-55
• 5.3.2 衬砌结构受力分析55-56
• 5.3.3 二衬结构受力与稳定性分析56-58
• 5.4 Ⅴ级围岩二次衬砌结构确定性数值分析58-64
• 5.4.1 数值模型的建立59-60
• 5.4.2 衬砌结构变形及受力分析60-62
• 5.4.3 二衬结构受力与稳定性分析62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 二次衬砌结构可靠性分析65-92
• 6.1 结构可靠度基本原理65-66
• 6.1.1 结构的功能要求及功能函数65-66
• 6.1.2 结构的可靠指标66
• 6.2 概率设计方法66-67
• 6.3 Ⅳ级围岩结构可靠性分析67-84
• 6.3.1 可靠性分析要点67-68
• 6.3.2 基于蒙特卡罗仿真的可靠性分析68-80
• 6.3.3 基于响应表面法的可靠性分析80-84
• 6.4 Ⅴ级围岩结构可靠性分析84-90
• 6.4.1 可靠性分析要点84-85
• 6.4.2 基于蒙特卡罗仿真的可靠性分析85-87
• 6.4.3 基于响应表面法的可靠性分析87-90
• 6.5 本章小结90-92
• 7 结论与展望92-94
• 7.1 主要结论92-93
• 7.1.1 对监测和统计结果分析的主要结论92
• 7.1.2 数值模拟的主要结论92-93
• 7.2 展望93-94
• 致谢94-95
• 参考文献95-99
• 攻读学位期间的研究成果99-100

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