深埋隧洞围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析方法与安全评价研究
发布时间：2021-02-03 13:46
深埋隧洞工程由于其赋存环境及岩体介质的复杂性,不仅受地应力和地下水的影响显著,而且在施工开挖过程中具有强烈的扰动效应,其围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性。基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映深埋隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。进一步地,施工以及运行过程中荷载与结构抗力随时间的变化客观上影响着深埋隧洞工程的安全性。本文以滇中引水香炉山隧洞为工程依托,在以数理统计方法为核心的可靠度理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》（SL 279-2016）中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种深埋隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法,分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,并依据围岩荷载随时间逐步释放以及混凝土强度随时间的衰减效应,分别建立了施工期和运行期内围岩隧洞-衬砌结...
【文章来源】：长江科学院湖北省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 :绪论
1.1 选题背景及问题的提出
1.2 课题研究的目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 结构可靠度理论研究现状
1.3.2 时变可靠度研究现状
1.3.3 围岩-衬砌相互作用理论研究现状
1.4 本文主要研究内容和技术路线
1.4.1 主要研究内容和研究方法
1.4.2 技术路线
第二章 围岩-衬砌结构协同承载可靠度分析方法研究
2.1 可靠度基本概念和计算方法
2.1.1 可靠度和极限状态函数
2.1.2 失效概率与可靠度指标
2.1.3 JC法的原理和计算方法
2.1.4 响应面法
2.2 均匀设计-响应面-有限元可靠度分析方法
2.2.1 围岩-衬砌协同承载理论
2.2.2 时不变可靠度分析方法
2.3 围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析方法
2.3.1 时变可靠度原理
2.3.2 围岩衬砌协同承载的时变可靠度计算
2.4 围岩-衬砌协同承载的可靠性评价
2.5 本章小结
第三章 围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响因素辨识
3.1 围岩-衬砌协同承载的有限元计算模型建立
3.1.1 ABAQUS软件简介
3.1.2 计算模型的建立
3.2 围岩-衬砌结构协同承载基本计算结果分析
3.2.1 围岩变形及应力分布
3.2.2 二次衬砌内应力分布云图
3.3 不同条件下围岩-衬砌结构协同承载受力特征分析
3.3.1 衬砌施作时机对围岩-衬砌结构协同承载受力的影响
3.3.2 隧洞埋深对围岩-衬砌结构协同承载受力特征影响
3.3.3 外水压对围岩-衬砌结构协同承载受力特征影响
3.4 围岩、衬砌参数对围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响
3.4.1 围岩参数对围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响
3.4.2 衬砌参数对围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响
3.4.3 结果分析与讨论
3.5 本章小结
第四章 围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析的工程应用
4.1 滇中引水香炉山隧洞工程简介
4.2 计算模型和计算条件
4.3 时不变可靠度分析
4.3.1 均匀设计及有限元数值试验
4.3.2 响应面函数的拟合
4.3.3 计算结果分析
4.4 时变可靠度分析
4.4.1 施工期的时变可靠度研究
4.4.2 运行期的时变可靠度研究
4.4.3 全生命周期的时变可靠度分析
4.5 本章小结
第五章 不同影响因子下水工隧洞围岩-衬砌结构协同承载可靠性安全评价研究
5.1 不同埋深下围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析
5.2 外水荷载作用下围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析
5.3 不同施作时机下围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间参与的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道围岩开挖及锚喷衬砌稳定可靠度计算[J]. 李帅,杜俊旺,苏永华,丁心香. 岩石力学与工程学报. 2019(08)
[2]基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究[J]. 肖明清,王少锋,陈立保,徐晨. 铁道工程学报. 2018(04)
[3]基于Info-gap理论的支护围岩稳健可靠性分析[J]. 司天琪,苏永华,肖旺. 岩土力学. 2017(03)
[4]考虑时空效应的隧道围岩变形分析[J]. 何栋梁,成彦惠,方建勤,柳群义. 公路交通科技. 2016(07)
[5]新疆中生代复合型软岩大变形控制技术及其应用[J]. 何满潮,袁越,王晓雷,吴兆强,刘超,姜育林. 岩石力学与工程学报. 2013(03)
[6]基于响应面和重要抽样法的隧道衬砌结构时变可靠度[J]. 姚贝贝,孙钧. 同济大学学报(自然科学版). 2012(10)
[7]常见的试验优化设计方法对比[J]. 程敬丽,郑敏,楼建晴. 实验室研究与探索. 2012(07)
[8]大断面黄土隧道二次衬砌受力特性研究[J]. 李鹏飞,张顶立,赵勇,周烨,房倩,张翾. 岩石力学与工程学报. 2010(08)
[9]铁路隧道建设理念和设计原则[J]. 王梦恕,张梅. 中国工程科学. 2009(12)
[10]岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨[J]. 孔位学,芮勇勤,董宝弟. 岩土力学. 2009(11)
博士论文
[1]基于变形稳定的隧道结构可靠度分析[D]. 郭健.兰州交通大学 2018
[2]考虑支护—围岩相互作用的隧道开挖可靠度分析与设计优化[D]. 肖志鹏.浙江大学 2017
[3]隧道支护体系的承载特性及协同作用原理[D]. 孙毅.北京交通大学 2016
[4]隧道工程稳定可靠度计算分析方法研究[D]. 李翔.湖南大学 2012
[5]隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D]. 赵勇.北京交通大学 2012
[6]地下工程锚固时效性及可靠性研究[D]. 伍国军.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009
[7]高应力下脆性岩石的力学模型与工程应用研究[D]. 黄书岭.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2008
[8]隧道结构生命全过程可靠度研究[D]. 李志华.大连理工大学 2008
[9]在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究[D]. 吕颖钊.长安大学 2006
[10]工程结构不确定性区间分析方法及其应用研究[D]. 苏静波.河海大学 2006
硕士论文
[1]挤压性隧洞围岩卸荷力学响应规律及预测研究[D]. 李伟.长江科学院 2016
[2]深埋软弱围岩隧道施工时空效应及大变形控制研究[D]. 李凤翔.中南大学 2012
[3]考虑耦合效应的地下结构可靠度响应面分析[D]. 丁云.湖南大学 2011
[4]结构可靠度计算方法研究[D]. 胡鸣.华南理工大学 2010
本文编号：3016608
【文章来源】：长江科学院湖北省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 :绪论
1.1 选题背景及问题的提出
1.2 课题研究的目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 结构可靠度理论研究现状
1.3.2 时变可靠度研究现状
1.3.3 围岩-衬砌相互作用理论研究现状
1.4 本文主要研究内容和技术路线
1.4.1 主要研究内容和研究方法
1.4.2 技术路线
第二章 围岩-衬砌结构协同承载可靠度分析方法研究
2.1 可靠度基本概念和计算方法
2.1.1 可靠度和极限状态函数
2.1.2 失效概率与可靠度指标
2.1.3 JC法的原理和计算方法
2.1.4 响应面法
2.2 均匀设计-响应面-有限元可靠度分析方法
2.2.1 围岩-衬砌协同承载理论
2.2.2 时不变可靠度分析方法
2.3 围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析方法
2.3.1 时变可靠度原理
2.3.2 围岩衬砌协同承载的时变可靠度计算
2.4 围岩-衬砌协同承载的可靠性评价
2.5 本章小结
第三章 围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响因素辨识
3.1 围岩-衬砌协同承载的有限元计算模型建立
3.1.1 ABAQUS软件简介
3.1.2 计算模型的建立
3.2 围岩-衬砌结构协同承载基本计算结果分析
3.2.1 围岩变形及应力分布
3.2.2 二次衬砌内应力分布云图
3.3 不同条件下围岩-衬砌结构协同承载受力特征分析
3.3.1 衬砌施作时机对围岩-衬砌结构协同承载受力的影响
3.3.2 隧洞埋深对围岩-衬砌结构协同承载受力特征影响
3.3.3 外水压对围岩-衬砌结构协同承载受力特征影响
3.4 围岩、衬砌参数对围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响
3.4.1 围岩参数对围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响
3.4.2 衬砌参数对围岩-衬砌结构协同承载受力特性影响
3.4.3 结果分析与讨论
3.5 本章小结
第四章 围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析的工程应用
4.1 滇中引水香炉山隧洞工程简介
4.2 计算模型和计算条件
4.3 时不变可靠度分析
4.3.1 均匀设计及有限元数值试验
4.3.2 响应面函数的拟合
4.3.3 计算结果分析
4.4 时变可靠度分析
4.4.1 施工期的时变可靠度研究
4.4.2 运行期的时变可靠度研究
4.4.3 全生命周期的时变可靠度分析
4.5 本章小结
第五章 不同影响因子下水工隧洞围岩-衬砌结构协同承载可靠性安全评价研究
5.1 不同埋深下围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析
5.2 外水荷载作用下围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析
5.3 不同施作时机下围岩-衬砌结构协同承载时变可靠度分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间参与的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道围岩开挖及锚喷衬砌稳定可靠度计算[J]. 李帅,杜俊旺,苏永华,丁心香. 岩石力学与工程学报. 2019(08)
[2]基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究[J]. 肖明清,王少锋,陈立保,徐晨. 铁道工程学报. 2018(04)
[3]基于Info-gap理论的支护围岩稳健可靠性分析[J]. 司天琪,苏永华,肖旺. 岩土力学. 2017(03)
[4]考虑时空效应的隧道围岩变形分析[J]. 何栋梁,成彦惠,方建勤,柳群义. 公路交通科技. 2016(07)
[5]新疆中生代复合型软岩大变形控制技术及其应用[J]. 何满潮,袁越,王晓雷,吴兆强,刘超,姜育林. 岩石力学与工程学报. 2013(03)
[6]基于响应面和重要抽样法的隧道衬砌结构时变可靠度[J]. 姚贝贝,孙钧. 同济大学学报(自然科学版). 2012(10)
[7]常见的试验优化设计方法对比[J]. 程敬丽,郑敏,楼建晴. 实验室研究与探索. 2012(07)
[8]大断面黄土隧道二次衬砌受力特性研究[J]. 李鹏飞,张顶立,赵勇,周烨,房倩,张翾. 岩石力学与工程学报. 2010(08)
[9]铁路隧道建设理念和设计原则[J]. 王梦恕,张梅. 中国工程科学. 2009(12)
[10]岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨[J]. 孔位学,芮勇勤,董宝弟. 岩土力学. 2009(11)
博士论文
[1]基于变形稳定的隧道结构可靠度分析[D]. 郭健.兰州交通大学 2018
[2]考虑支护—围岩相互作用的隧道开挖可靠度分析与设计优化[D]. 肖志鹏.浙江大学 2017
[3]隧道支护体系的承载特性及协同作用原理[D]. 孙毅.北京交通大学 2016
[4]隧道工程稳定可靠度计算分析方法研究[D]. 李翔.湖南大学 2012
[5]隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D]. 赵勇.北京交通大学 2012
[6]地下工程锚固时效性及可靠性研究[D]. 伍国军.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009
[7]高应力下脆性岩石的力学模型与工程应用研究[D]. 黄书岭.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2008
[8]隧道结构生命全过程可靠度研究[D]. 李志华.大连理工大学 2008
[9]在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究[D]. 吕颖钊.长安大学 2006
[10]工程结构不确定性区间分析方法及其应用研究[D]. 苏静波.河海大学 2006
硕士论文
[1]挤压性隧洞围岩卸荷力学响应规律及预测研究[D]. 李伟.长江科学院 2016
[2]深埋软弱围岩隧道施工时空效应及大变形控制研究[D]. 李凤翔.中南大学 2012
[3]考虑耦合效应的地下结构可靠度响应面分析[D]. 丁云.湖南大学 2011
[4]结构可靠度计算方法研究[D]. 胡鸣.华南理工大学 2010
本文编号：3016608
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