公路山嶺隧道施工期襯砌及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性研究.pdf

1、公路隧道結(jié)構(gòu)可靠度，是隧道工程領(lǐng)域內(nèi)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。工程實(shí)踐表明：公路山嶺隧道的長期可靠性主要取決于施工期支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)的可靠性。旌工期結(jié)構(gòu)可靠性的定性分析和可靠度的定量計算方法是公路隧道結(jié)構(gòu)可靠度研究的重要內(nèi)容。限于理論研究和計算工具的限制，目前這方面的研究相對較少。本文通過概率有限元方法計算結(jié)構(gòu)可靠度，并進(jìn)行概率靈敏度分析：研究了施工期公路隧道襯砌及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性問題；通過模型試驗、現(xiàn)場測試等方法對隧道結(jié)

2、構(gòu)安全性進(jìn)行了分析；建立了基于熵權(quán)的模糊物元評價模型，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行全面評價。研究內(nèi)容主要包含以下幾個方面。
　　 (1)全面闡述了影響隧道結(jié)構(gòu)可靠度的各種不確定性因素，討論了各種結(jié)構(gòu)可靠度計算方法。結(jié)合傳統(tǒng)確定性有限元分析方法，分析了隨機(jī)場的離散方法和概率有限元可靠度方法。選用連續(xù)介質(zhì)模型作為錨噴支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)可靠度分析的力學(xué)模型，提出采用LatinhypercubeMC方法與連續(xù)介質(zhì)模型相結(jié)合進(jìn)行公路山嶺隧道可靠度

3、分析的思路。并通過工程實(shí)例，計算了襯砌結(jié)構(gòu)概率可靠度。
　　 (2)提出采用基于現(xiàn)場實(shí)測和模擬實(shí)驗數(shù)據(jù)的Spearman秩相關(guān)系數(shù)的靈敏度分析方法計算隧道結(jié)構(gòu)概率靈敏度。利用計算結(jié)果分析了影響支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)可靠度的的主要因素、次要因素，并針對公路山嶺隧道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了提高隧道結(jié)構(gòu)可靠度的途經(jīng)。
　　 (3)從三個不同的層面分析了隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的失效模式，繪制了反映系統(tǒng)失效的功能邏輯框圖，建立了公路隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性模型

4、，研究了提高整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度的方法。提出采用一階上下界法、PNET法、MC與RSM相結(jié)合等方法計算公路隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度。通過實(shí)例，對比分析了各種方法的適用性和計算效率等。
　　 (4)分析了公路隧道失效概率隨時間的變化規(guī)律，將設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)可變荷載效應(yīng)和抗力隨機(jī)過程進(jìn)行離散，提出可靠度的近似估算方法。運(yùn)用隨機(jī)過程理論對公路隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行分析，建立系統(tǒng)的Markov鏈，分析了公路隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。從隧道工程建設(shè)實(shí)踐出

5、發(fā)，用時間有效度表征可維修加固條件下公路隧道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度水平，使分析結(jié)果更加符合工程實(shí)際。
　　 (5)以天（水）寶（雞）高速公路麥積山隧道為依托，在隧道施工期開展了較大規(guī)模的隧道支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力現(xiàn)場測試。從結(jié)構(gòu)安全性角度出發(fā)，闡述了錨桿軸力、初期支護(hù)圍巖壓力、格柵拱架鋼筋軸力、初期支護(hù)和二次襯砌接觸壓力以及二襯混凝土應(yīng)變大小、分布及其變化規(guī)律，分析了支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)可靠性。采用FBG傳感器對隧道二次襯砌混凝土應(yīng)變進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)

6、測。根據(jù)相似理論對圍巖與支護(hù)之間接觸壓力和二襯受力進(jìn)行室內(nèi)模型試驗，得到了襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力特征；并通過超載破壞試驗，分析了襯砌結(jié)構(gòu)破壞特征及極限承載力。將模型試驗和現(xiàn)場實(shí)測成果與概率可靠度計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析。
　　 (6)從非概率可靠性角度出發(fā)，根據(jù)模糊物元分析原理，提出基于熵權(quán)的模糊物元可靠性評價方法。通過全面分析影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠性的影響因子，建立了全面、系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)可靠性評價模型。將AHP法確定的主觀權(quán)重與熵權(quán)法確