浅埋偏压隧道施工力学效应与风险评估

论文摘要

随着我国西部大开发战略的深入实施及高速公路交通事业的迅猛发展,山岭公路隧道的建设呈现出精彩纷呈的局面。隧道建设的数量和类型日益增多,遇到了越来越多的技术难题。本文以山西省忻保高速公路钻钱门隧道为工程背景,通过理论分析、现场实测、数值模拟相结合的方法,研究和探讨浅埋偏压隧道的施工力学效应,并对该类型隧道施工风险进行评估。主要研究工作如下:①通过对钻钱门隧道典型浅埋偏压断面的监控量测成果分析,指出或是由于地形偏压使得偏压断面左右拱腰的钢拱架产生受力不均的现象。②借助有限元分析软件ANSYS建立不同最小覆盖层厚度、不同地表坡度、不同围岩地质条件下的18种浅埋偏压隧道计算模型,研究了各工况的隧道围岩位移场、应力场、初期支护应力、二次衬砌应力的变化规律。③在分析主应力空间中未屈服面与屈服面应力点的相互关系的基础上,提出了隧道围岩承载效应系数的概念,并推导了基于Drucker-Prager准则的隧道围岩自承效应系数公式,得出了可利用围岩承载效应系数来定量判断隧道围岩承载效应的发挥程度,并依据不同部位围岩承载效应系数的不同来判断围岩的破坏顺序。④对18个浅埋偏压隧道开挖算例进行分析,提出以隧道偏压效应程度和隧道围岩的承载效应发挥程度来综合判断隧道的稳定性。将算例结果作为贝叶斯网络参数学习的案例,利用专业贝叶斯软件Netica建立浅埋偏压隧道施工风险分析模型,并对设计案例进行了概率推理计算、最大可能解释计算和敏感性分析。结果表明,所建模型的风险分析结果比较符合实际。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 浅埋偏压隧道研究现状
• 1.3.2 隧道工程风险分析研究现状
• 1.4 本文拟定的研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 钻钱门隧道监控量测成果分析
• 2.1 钻钱门隧道概况
• 2.1.1 工程概况
• 2.1.2 地质构造
• 2.1.3 地层岩性
• 2.1.4 水文地质
• 2.1.5 设计参数
• 2.2 钻钱门隧道监控量测成果分析
• 2.2.1 隧道监控量测意义
• 2.2.2 监控量测内容
• 2.2.3 监控量测手段
• 2.2.4 监控量测数据处理
• 2.2.5 钻钱门隧道监控量测成果分析
• 2.3 本章小结
• 3 浅埋偏压隧道施工力学效应数值模拟分析
• 3.1 有限元法及有限元软件概述
• 3.1.1 有限元法概述
• 3.1.2 有限元软件概述
• 3.2 隧道数值计算基础理论
• 3.2.1 隧道计算模型
• 3.2.2 岩体的本构关系
• 3.2.3 隧道开挖荷载的确定
• 3.3 隧道开挖仿真的ANSYS 实现方法
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.3 释放荷载
• 3.3.5 屈服准则
• 3.4 浅埋偏压隧道的判据
• 3.4.1 浅埋隧道的判据
• 3.4.2 偏压隧道的判据
• 3.5 不同工况浅埋偏压隧道的数值模型建立
• 3.5.1 计算模型的假定
• 3.5.2 单元类型及材料属性
• 3.5.3 模型边界条件及网格划分
• 3.6 浅埋偏压隧道数值模拟结果分析
• 3.6.1 位移计算结果及分析
• 3.6.2 围岩应力场结果及分析
• 3.6.3 支护结构内力变化结果及分析
• 3.7 本章小结
• 4 隧道围岩承载效应研究
• 4.1 围岩承载效应系数概念的提出
• 4.1.1 隧道围岩安全性分区概念
• 4.1.2 围岩承载效应系数的概念
• 4.2 隧道承载效应分析
• 4.2.1 基于Drucker-Prager 屈服准则的承载效应系数
• 4.2.2 隧道围岩自承效应系数计算
• 4.3 浅埋偏压隧道围岩承载效应分析
• 4.4 本章小结
• 5 浅埋偏压隧道施工风险评估
• 5.1 贝叶斯网络综述
• 5.1.1 贝叶斯网络简介
• 5.1.2 条件概率与贝叶斯网络
• 5.1.3 贝叶斯网络的概率推理
• 5.1.4 贝叶斯网络的参数学习
• 5.1.5 贝叶斯网络求解
• 5.2 隧道施工围岩稳定性判别
• 5.2.1 偏压程度的判别
• 5.2.2 围岩强度发挥程度的判别
• 5.2.3 浅埋偏压隧道施工稳定性判别
• 5.3 建立浅埋偏压隧道施工贝叶斯网络模型的方法
• 5.4 浅埋偏压隧道施工贝叶斯网络案例分析
• 5.5 贝叶斯网络风险分析模型及其应用
• 5.5.1 贝叶斯网络结构
• 5.5.2 贝叶斯条件概率表
• 5.5.3 贝叶斯反演分析
• 5.5.4 贝叶斯最大可能解释
• 5.5.5 贝叶斯敏感性分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目