軟巖隧道圍巖支護(hù)穩(wěn)定可靠性評(píng)價(jià)

1、 軟巖隧道圍巖支護(hù)穩(wěn)定可靠性評(píng)價(jià)摘要： 本文在總結(jié)了影響隧道工程結(jié)構(gòu)可靠性的各參數(shù)隨機(jī)性的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了復(fù)雜非線性系統(tǒng)可靠性研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)基于poyting-thomoson模型的隧道圍巖支護(hù)體位移粘彈性解析解，運(yùn)用montecarlo法，對(duì)典型軟巖隧道圍巖穩(wěn)定可靠性狀態(tài)進(jìn)行了分析計(jì)算，得出了具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。該方法簡(jiǎn)便且易實(shí)現(xiàn)，對(duì)類似問(wèn)題具有較高參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：可靠性軟巖隧道粘彈性montecarlo法中圖分類號(hào)：u45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1引言本文擬結(jié)合淺埋軟巖隧道圍巖支護(hù)體位移粘彈性解和在計(jì)算機(jī)上即可簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)的montecarlo偽隨機(jī)抽樣方法，實(shí)現(xiàn)初期支護(hù)體施作前

2、后圍巖的穩(wěn)定可靠性評(píng)價(jià)，以得到具有廣泛意義和指導(dǎo)價(jià)值的結(jié)論。monte-carlo法在復(fù)雜的非線性系統(tǒng)可靠度研究中的作用引起大家的高度重視。若隨機(jī)變量 的聯(lián)合概率密度函數(shù)為 ，則系統(tǒng)失效概率 為通常上式只對(duì)兩個(gè)變量的情況能夠積分得出結(jié)果，而復(fù)雜非線性問(wèn)題的變量一般多于兩個(gè)，這種多重積分的求解是極端麻煩和困難的，甚至 不存在解析描述。此類問(wèn)題用蒙特卡羅方法卻能夠得出具有足夠精度的解。2 隧道圍巖位移的粘彈性分析圖1. poyting-thomoson模型軟巖隧道圍巖在隧道開(kāi)挖后的流變性是圍巖位移的重要因素，支護(hù)前圍巖瞬時(shí)彈性位移已釋放完畢，作用在支護(hù)上的壓力主要是圍巖蠕變引起的對(duì)支護(hù)的形變壓力。

3、確定性有限元分析是當(dāng)前穩(wěn)定性分析的重要手段，但其模型建立具有一定的隨意性和不確切性，各項(xiàng)參數(shù)的輸入也可能存在較大的誤差，這些因素都有可能導(dǎo)致有限元法分析結(jié)果失去一般性，且大量數(shù)值模擬的工作量太大。隨機(jī)有限方法是穩(wěn)定可靠性分析的理想方法，但本文意在探討一種簡(jiǎn)便而又不失一般性的穩(wěn)定可靠性評(píng)價(jià)方法，所以在隧道圍巖穩(wěn)定性分析時(shí)選用具有廣泛意義的解析方法。基于在軟弱巖體分析中應(yīng)用廣泛的poyting-thomoson模型(如圖1)，本構(gòu)關(guān)系模型為：根據(jù)文獻(xiàn)5和文獻(xiàn)6的研究，考慮支護(hù)時(shí)間及空間的滯后，取初始位移為0.5 。有支護(hù)情況下，圓形隧洞洞周圍巖位移：其中， 為初期支護(hù)剛度系數(shù)。式中 為圍巖延遲時(shí)間

4、；為支護(hù)材料剪切模量； 為支護(hù)材料泊松比。3隧道圍巖和初期支護(hù)可靠性分析公路隧道初期支護(hù)多為錨噴結(jié)合的柔性支護(hù)，在隧道圍巖位移的粘彈性分析中，如果考慮圍巖的延遲時(shí)間和支護(hù)體 的變化會(huì)大大增加求解析解的難度和表達(dá)式的復(fù)雜程度，本文對(duì)上述兩個(gè)因素不予考慮。采用極限應(yīng)變準(zhǔn)則，極限狀態(tài)方程可寫(xiě)為：式中 為圍巖的極限應(yīng)變值； 為洞周圍巖最大應(yīng)變值。無(wú)支護(hù)時(shí)， ：(1)有支護(hù)時(shí)： (2)，當(dāng) ，極限狀態(tài)方程為：對(duì)式（1）， ， ， ， 均可視為隨機(jī)變量；式（2）中， 可用 ， 表示。而 ， ， ， ， 均可視為隨機(jī)變量。表1 隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)特征選定某隧道圍巖統(tǒng)計(jì)特征如表1，計(jì)算相應(yīng)情況下圍巖的失穩(wěn)概率 ：無(wú)

5、支護(hù)情況 ：初期支護(hù)情況 ：因圍巖抗剪強(qiáng)度 是隨著隧道開(kāi)挖后時(shí)間的推移和應(yīng)力重分布而變化的，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度系數(shù) 也隨噴混凝土齡期的增大而增強(qiáng)。本文分析是在不考慮隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的時(shí)效可靠性的假設(shè)下進(jìn)行的?；趍onte-carlo法按照表1所列參數(shù)，取相對(duì)極限位移為0.67，本文按照文獻(xiàn)7建議的抽樣次數(shù) ： 式中： 為失效概率 的估計(jì)值。設(shè) ，進(jìn)行了10000次模擬抽樣計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：洞室開(kāi)挖后如不進(jìn)行初期支護(hù)的施作，洞室周圍圍巖最大位移超出假定的極限位移的概率為100；如按照規(guī)定參數(shù)進(jìn)行了正確的初期支護(hù)，洞室周圍圍巖最大位移小于假定的極限位移的概率為100。4結(jié)論與建議本文在隧道圍巖粘彈性解析分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用montecarlo偽隨機(jī)抽樣方法在計(jì)算機(jī)上簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道圍巖及初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)概率計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：初期支護(hù)不僅能封閉圍巖、防止風(fēng)化、有效控制圍巖位移的變化量和變化速率，而且大大降低了圍巖失穩(wěn)的概率，將圍巖的基本不穩(wěn)定狀態(tài)提高為基本穩(wěn)定狀態(tài)。該方法思路簡(jiǎn)明， 基本能準(zhǔn)確反映出初期支護(hù)前后，圍巖和支護(hù)體的可靠程度，便于施工技術(shù)