軟巖隧道圍巖支護穩(wěn)定可靠性評價

1、 軟巖隧道圍巖支護穩(wěn)定可靠性評價摘要： 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)隨機性的基礎(chǔ)上，對比分析了復(fù)雜非線性系統(tǒng)可靠性研究方法的優(yōu)缺點。根據(jù)基于poyting-thomoson模型的隧道圍巖支護體位移粘彈性解析解，運用montecarlo法，對典型軟巖隧道圍巖穩(wěn)定可靠性狀態(tài)進行了分析計算，得出了具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。該方法簡便且易實現(xiàn)，對類似問題具有較高參考價值。關(guān)鍵詞：可靠性軟巖隧道粘彈性montecarlo法中圖分類號：u45文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：1引言本文擬結(jié)合淺埋軟巖隧道圍巖支護體位移粘彈性解和在計算機上即可簡便實現(xiàn)的montecarlo偽隨機抽樣方法，實現(xiàn)初期支護體施作前

2、后圍巖的穩(wěn)定可靠性評價，以得到具有廣泛意義和指導(dǎo)價值的結(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 為通常上式只對兩個變量的情況能夠積分得出結(jié)果，而復(fù)雜非線性問題的變量一般多于兩個，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挖后的流變性是圍巖位移的重要因素，支護前圍巖瞬時彈性位移已釋放完畢，作用在支護上的壓力主要是圍巖蠕變引起的對支護的形變壓力。

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便而又不失一般性的穩(wěn)定可靠性評價方法，所以在隧道圍巖穩(wěn)定性分析時選用具有廣泛意義的解析方法?；谠谲浫鯉r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5和文獻6的研究，考慮支護時間及空間的滯后，取初始位移為0.5 。有支護情況下，圓形隧洞洞周圍巖位移：其中， 為初期支護剛度系數(shù)。式中 為圍巖延遲時間

4、；為支護材料剪切模量； 為支護材料泊松比。3隧道圍巖和初期支護可靠性分析公路隧道初期支護多為錨噴結(jié)合的柔性支護，在隧道圍巖位移的粘彈性分析中，如果考慮圍巖的延遲時間和支護體 的變化會大大增加求解析解的難度和表達式的復(fù)雜程度，本文對上述兩個因素不予考慮。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。無支護時， ：(1)有支護時： (2)，當(dāng) ，極限狀態(tài)方程為：對式（1）， ， ， ， 均可視為隨機變量；式（2）中， 可用 ， 表示。而 ， ， ， ， 均可視為隨機變量。表1 隨機變量統(tǒng)計特征選定某隧道圍巖統(tǒng)計特征如表1，計算相應(yīng)情況下圍巖的失穩(wěn)概率 ：無

5、支護情況 ：初期支護情況 ：因圍巖抗剪強度 是隨著隧道開挖后時間的推移和應(yīng)力重分布而變化的，初期支護結(jié)構(gòu)的剛度系數(shù) 也隨噴混凝土齡期的增大而增強。本文分析是在不考慮隧道圍巖和支護結(jié)構(gòu)的時效可靠性的假設(shè)下進行的。基于monte-carlo法按照表1所列參數(shù)，取相對極限位移為0.67，本文按照文獻7建議的抽樣次數(shù) ： 式中： 為失效概率 的估計值。設(shè) ，進行了10000次模擬抽樣計算。計算結(jié)果表明：洞室開挖后如不進行初期支護的施作，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)進行了正確的初期支護，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，運用montecarlo偽隨機抽樣方法在計算機上簡便實現(xiàn)了對隧道圍巖及初期支護結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)概率計算。計算結(jié)果表明：初期支護不僅能封閉圍巖、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)。該方法思路簡明， 基本能準(zhǔn)確反映出初期支護前后，圍巖和支護體的可靠程度，便于施工技術(shù)