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深部隧道穩(wěn)健試驗(yàn)設(shè)計(jì)及支護(hù)圍巖穩(wěn)健性分析

發(fā)布時間:2018-04-26 17:52

  本文選題:隧道圍巖 + 不確定性; 參考:《湖南大學(xué)》2015年碩士論文


【摘要】:隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的迅速發(fā)展,地下空間的開發(fā)與利用成為了一種必然的趨勢。地下洞室開挖及支護(hù)后的穩(wěn)定性關(guān)系到工程施工及運(yùn)營期間的安全,是工程領(lǐng)域重要研究內(nèi)容之一。然而,深部隧道由于其賦存的特殊地質(zhì)環(huán)境,在“三高一擾”的影響下,巖體力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出高度的離散性和各向異性,設(shè)計(jì)時必須考慮參數(shù)的不確定性,這給隧道圍巖的穩(wěn)定性評價帶來了一定難度。針對地下結(jié)構(gòu)不確定性的特點(diǎn),本文引入了非確定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法,包括穩(wěn)健試驗(yàn)設(shè)計(jì)和穩(wěn)健可靠度分析。主要研究內(nèi)容如下:首先,本文介紹了穩(wěn)健設(shè)計(jì)概念,引入田口“三次設(shè)計(jì)”方法。根據(jù)相似原則配制模型試驗(yàn)材料,選擇正交表進(jìn)行配比試驗(yàn)。將試塊單軸抗壓強(qiáng)度作為質(zhì)量特性指標(biāo),由望大特性的信噪比函數(shù)將質(zhì)量特性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為信噪比,通過信噪比分析材料配比對質(zhì)量特性的影響。其次,引入Info-gap理論,深入研究支護(hù)圍巖穩(wěn)健可靠度分析方法。采用Info-gap模型描述不確定參數(shù)實(shí)際值在名義值附近的波動,并將結(jié)構(gòu)失效前能夠允許的不確定參量的最大波動幅值作為穩(wěn)健可靠度指標(biāo)。在Info-gap模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了穩(wěn)健優(yōu)化模型。穩(wěn)健優(yōu)化采用Info-gap穩(wěn)健函數(shù)來衡量設(shè)計(jì)結(jié)果對約束條件的穩(wěn)健性。通過移動約束函數(shù)法將不確定性設(shè)計(jì)變量轉(zhuǎn)化為一系列確定性優(yōu)化,使結(jié)構(gòu)在滿足優(yōu)化的同時具有一定的穩(wěn)健性。最后,分析了圍巖強(qiáng)度破壞和失穩(wěn)破壞,通過剪切滑移線場理論和組合拱理論推導(dǎo)了理想彈塑性圍巖的極限承載能力,并得到地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析的功能函數(shù),建立了支護(hù)圍巖穩(wěn)健分析流程。實(shí)例工程展示了穩(wěn)健可靠性方法的具體操作程序。分析了圍巖力學(xué)參數(shù)和支護(hù)性能對支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性的影響,探究了內(nèi)摩擦角和粘聚力對結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性能影響的重要程度。該方法對參數(shù)信息要求低,只需要知道參數(shù)取值的邊界,因而在處理地下結(jié)構(gòu)不確定性問題時,具有一定的優(yōu)勢。
[Abstract]:With the rapid development of national economy and national defense construction, the development and utilization of underground space has become an inevitable trend. The stability of underground caverns after excavation and support is related to the safety of construction and operation, and is one of the important research contents in engineering field. However, due to the special geological environment of deep tunnel, under the influence of "three high and one disturbance", the mechanical properties of rock mass show high dispersion and anisotropy, and the uncertainty of parameters must be taken into account in the design. This brings some difficulty to the stability evaluation of tunnel surrounding rock. In view of the uncertainty of underground structure, this paper introduces the robust design method of non-deterministic structure design, including robust test design and robust reliability analysis. The main contents are as follows: firstly, this paper introduces the concept of robust design and introduces Taguchi's cubic design method. According to the principle of similarity, the model test materials were prepared, and the orthogonal table was selected to carry out the proportioning test. The uniaxial compressive strength of the test block is taken as the quality characteristic index, and the quality characteristic index is converted from the signal-to-noise ratio function of the large characteristic to the signal-to-noise ratio. The influence of the material ratio on the quality characteristic is analyzed by the signal-to-noise ratio (SNR). Secondly, Info-gap theory is introduced to analyze the robust reliability of surrounding rock. The Info-gap model is used to describe the fluctuation of the actual value of uncertain parameters near the nominal value, and the maximum fluctuation amplitude of the uncertain parameter which can be allowed before the failure of the structure is taken as the robust reliability index. Based on the Info-gap model, the robust optimization model is further studied. Robust optimization uses the Info-gap robust function to measure the robustness of the design results to the constraints. The uncertain design variables are transformed into a series of deterministic optimization by moving constraint function method, which makes the structure have a certain robustness while satisfying the optimization. Finally, the strength failure and instability failure of surrounding rock are analyzed, the ultimate bearing capacity of ideal elastoplastic surrounding rock is deduced by the theory of shear slip line field and combined arch theory, and the function function of stability analysis of underground structure is obtained. The steady analysis flow of supporting surrounding rock is established. The concrete operation procedure of the robust reliability method is demonstrated by an example project. The influence of mechanical parameters of surrounding rock and supporting performance on the robustness of supporting structure is analyzed, and the importance of the influence of internal friction angle and cohesive force on structural robustness is explored. This method only needs to know the boundary of parameter value because of its low requirement for parameter information, so it has some advantages in dealing with the uncertainty of underground structure.
【學(xué)位授予單位】:湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:U451

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號:1807035

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