基于随机有限元的土遗址结构安全评估研究

论文摘要

土遗址具有很高的历史、科学和考古价值。但土的物理力学性质决定了土遗址的脆弱性。在自然及人为等多重因素的影响下,幸存土遗址大都存在多种病害,尤其是结构稳定性问题已成为土遗址安全的一大杀手,因此对现存土遗址进行结构安全评估及对加固后的土遗址进行加固效果评估很有必要。本文结合台藏塔遗址保护工程,分析了此类土遗址的研究领域和研究现状,在此基础上把结构可靠性分析的概念与方法引入到土遗址可靠性分析中,进而对其结构安全进行评估；分析影响土遗址可靠性的敏感因素,据此指导选取具有针对性的加固措施。然后结合土遗址维修加固的工程做法,分析土遗址维修加固采用的主要技术,得出锚杆加固、砌筑加固和支撑加固对土遗址可靠度影响较大。应用准粘聚力理论考虑锚杆对土遗址可靠度的影响,通过按加固后几何尺寸建立三维有限元模型考虑砌筑加固和支撑加固对土遗址可靠度的影响,对维修加固效果进行评估。最后以加固前、后台藏塔为例,建立三维有限元模型,利用数值模拟的方法进行结构安全评估。分析中考虑材料参数的不确定性,把其中一些关键参数视为服从某些概率分布形式的随机变量,应用基于拉丁超立方抽样的蒙特卡罗随机有限元法,采用Mohr-Coulomb破坏准则,进行随机有限元可靠性分析,得到了可靠度及其敏感参数,进而对结构安全状况进行评估,指导选择合理的维修加固措施。分析加固后的台藏塔,得到了加固后台藏塔的可靠度,据此对台藏塔采取的加固措施进行评价,此结果也为评估维修加固后台藏塔的安全状况提供了理论依据。说明了基于随机理论的可靠性分析方法用于土遗址安全状况评估是可行的,同时也为土遗址加固效果评估提供了一些思路和分析方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出与研究意义
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 土遗址研究现状
• 1.2.2 随机有限元法的产生及现状
• 1.3 本文研究内容和研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方案
• 1.3.3 研究措施
• 2 结构可靠度的Monte Carlo随机有限元模拟
• 2.1 Monte Carlo模拟
• 2.1.1 Monte Carlo法的基本思想
• 2.1.2 Monte Carlo法求可靠度的步骤
• 2.1.3 Monte Carlo模拟技术的主要优点
• 2.2 Monte Carlo随机有限元法
• 2.3 Monte Carlo模拟抽样方法
• 2.3.1 直接抽样模拟
• 2.3.2 拉丁超立方抽样模拟
• 3 土遗址可靠性分析
• 3.1 可靠性分析的基本理论
• 3.1.1 结构的随机力学模型
• 3.1.2 结构的极限状态
• 3.1.3 结构的可靠概率和失效概率
• 3.2 岩土工程可靠度理论
• 3.2.1 土性参数的随机性
• 3.2.2 岩土可靠性分析的基本方法
• 3.3 岩土强度理论
• 3.3.1 库仑（Coulomb）准则
• 3.3.2 莫尔（Mohr）强度理论
• 3.3.3 格里菲斯（Griffith）强度理论
• 3.3.4 德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）准则
• 3.4 土遗址破坏准则的确定
• 3.5 功能函数的建立
• 4 加固措施对土遗址参数的影响
• 4.1 锚固技术对土遗址的影响
• 4.1.1 锚杆锚固技术
• 4.1.2 土钉支护技术
• 4.1.3 土遗址锚固补强技术
• 4.1.4 锚杆加固效果的分析模式
• 4.2 砌筑对土遗址的影响
• 4.3 支撑对土遗址的影响
• 5 工程实例
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 台藏塔简介
• 5.1.2 台藏塔遗址土体的化学全分析
• 5.1.3 台藏塔遗址土体的物理性质
• 5.1.4 台藏塔遗址土体无侧限抗压强度
• 5.2 台藏塔加固前的结构可靠性分析
• 5.2.1 遗址土体随机变量的统计特性
• 5.2.2 台藏塔有限元模型
• 5.2.3 本文利用ANSYS进行可靠度分析的步骤
• 5.2.4 结果分析
• 5.2.5 结论
• 5.3 台藏塔加固效果评估分析
• 5.3.1 加固措施对台藏塔的影响
• 5.3.2 台藏塔加固后的有限元模型
• 5.3.3 结果分析
• 5.3.4 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文与科研情况