深埋硐室围岩压力上限解与结构体系可靠度

【摘要】摘要：地下工程作为岩土工程的一个重要研究方向,在交通、矿山、国防等工程领域发挥着重要作用。而深埋硐室稳定性问题又是地下工程研究的焦点。如何对深埋硐室进行准确的安全评价是岩土工程师们一直关注的热点。如何准确获得深埋硐室的围岩压力是岩土工程界的难点。极限分析理论基础严谨,分析过程简单,在计算过程中不需要对弹塑性变形的全过程进行分析,而直接关注于岩土的极限破坏状态,通过构建机动容许的速度场以及静力容许的应力场,根据虚功率原理来求解深埋硐室围岩压力的上、下限解,是解决深埋硐室围岩压力的有效途径之一。而关于深埋硐室安全性的评估,与安全系数相比较,可靠度作为评价安全性的指标更为科学。因此,本文将极限分析方法与可靠性理论相结合,对深埋硐室的围岩压力和稳定性问题进行研究,为今后深埋硐室的支护设计和稳定性评估提供理论依据。论文主要创新性成果如下：1、构建了深埋硐室平动与转动相结合的破坏机制,即由“楔形塌落体+转动圆弧体+n个平动三角形体”构成,并且得到了深埋硐室围岩压力的最优解。通过对比分析,当三角形块体数n变大时,围岩支护反力的上限值趋于稳定,计算精度也变高；而当n=3时则可满足围岩压力的精度要求。此外,基于构建的深埋硐室的破坏机制(三角形块体数n=3),将本文极限分析方法计算所得的围岩压力与普氏理论以及数值模拟方法的计算结果进行了对比,最大差值小于30%,则验证了本文深埋硐室破坏机制的合理性。2、基于深埋硐室的破坏机制,利用极限分析上限定理分别得到了线性与非线性Mohr-Coulomb破坏准则下围岩压力的解析解,并且分析了非线性系数以及岩土各参数对围岩压力的影响。3、基于深埋硐室的破坏机制,利用极限分析上限定理得到了Hoek-Brown破坏准则下围岩压力的解析解,并且分析了Hoek-Brown破坏准则中各参数以及岩土各参数对围岩压力的影响。4、分别建立了含单一和含多个功能函数的多失效模式相关下结构体系可靠度的一般模型,提出了利用MonteCarlo模拟法直接进行编程计算可靠度的方法,给出了具体的计算步骤和流程图,并且基于不同模型分别得到了结构体系可靠度的相对精确值。5、基于Mohr-Coulomb破坏准则和Hoek-Brown破坏准则分别建立了多失效模式相关下深埋硐室结构体系可靠性模型。采用MonteCarlo模拟法计算了模型的可靠度,通过参数敏感性分析得到了影响深埋硐室结构体系可靠度的主要因素。6、以通平高速公路的姜源岭隧道以及山脚树煤矿21128采区运输平巷为例,采用极限分析上限法计算了深埋硐室围岩压力的大小,并且与数值模拟和现场实测的结果进行了对比,其一致性验证了本文方法的正确性。图99幅,表61个,参考文献204篇。
【作者】张道兵；
【导师】杨小礼；
【作者基本信息】中南大学，土木工程，2014，博士
【关键词】深埋硐室；上限定理；破坏机制；围岩压力；多失效模式相关；MonteCarlo模拟法；可靠度；

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