基于ANSYS的隧道衬砌可靠度指标程序化计算方法

针对采用蒙特卡洛方法进行隧道衬砌可靠度指标校准工作所面临的工作量大、计算时间长、重复性工作多的问题,基于AutoCAD和ANSYS软件平台进行了二次程序开发,实现了快速建立ANSYS计算模型和批量化计算铁路隧道衬砌可靠度指标的功能,显著提高了工作效率,并在最大程度上减少了人为错误,为隧道衬砌可靠度指标的校准及采用极限状态法进行隧道衬砌设计奠定了良好基础。     

基于可靠度理论的铁路隧道洞门极限状态设计方法

针对铁路隧道洞门结构稳定性极限状态功能函数具有非线性及其参数具有随机性的特点,提出了基于可靠度理论的铁路隧道洞门结构设计方法.通过分析铁路隧道洞门的极限状态,建立了其极限状态方程.基于可靠度理论,以时速140 km/h的单线电气化铁路隧道端墙式洞门可靠指标计算为例,根据采用同样方法对3种设计时速共16种形式、22种类别隧道洞门的可靠指标计算结果,确定各极限状态下的目标可靠指标,建立极限状态设计式,求解并优化抗力分项系数.研究结果表明:铁路隧道洞门主要有抗裂、抗压、倾覆、滑动和地基承载力不足5种极限状态;极限状态方程中基本随机变量的统计特征是铁路隧道洞门可靠度设计是否准确的关键,可靠指标的确定是洞门结构极限状态设计的核心;建立的极限状态设计方法可直接用于铁路隧道洞门结构设计.      

矿山法地铁隧道二衬结构安全系数及可靠度计算方法研究

以北京地铁四号线某大断面矿山法隧道为背景,分别应用“初期支护与二次衬砌共同承受全部荷载的计算模式”与“不考虑初期支护承载而由二次衬砌单独承受全部荷载的计算模式”进行隧道截面安全系数和可靠度指标的计算,结果表明：两种承载模式得到的结构最不利截面安全系数均能满足要求,但“二衬结构单独承载模式”得到的最不利截面结构可靠度指标偏低．为确保根据不同承载模式得到的计算结果基本相同,在应用响应面法分析隧道衬砌结构荷载效应的基础上,采用了等效地层弹性抗力系数来表征初期支护对结构承载的贡献,为解决地铁隧道结构设计中由于结构承栽模式不同而造成的计算结果差异提供了一个途径．     

隧道衬砌结构可靠指标计算方法的研究

本文采用有限元－响应面法及Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模拟获得衬砌结构内力的特征参数，并以此为基础，利用五种结构可靠度分析法计算明洞与隧道衬砌结构可靠指标，经对比得出Ｔｒｙｍ法求出的隧道衬砌结构可靠指标最小，为今后进一步寻求隧道结构设计安全系数与可靠指标之间的对应关系奠定基础。     

既有隧道扩建工程及衬砌稳定性研究

以当风凹隧道为工程研究背景,采用二维弹塑性有限差分分析方法,研究既有隧道扩建过程中的力学特征及其支护强度;分析并得出既有隧道扩挖与假设新建一座隧道在力学上的主要差异：采用同种施工方法时,因为已有衬砌的作用,在旧洞基础上扩挖将避免对围岩的大面积扰动,且能充分发挥围岩承载力;结合公路隧道设计规范给定的极限状态方程,计算出隧道衬砌的强度安全系数;从位移、应力和安全系数等方面分析并证明了隧道的稳定性,研究成果为类似的隧道设计施工提供参考．     

单线铁路隧道洞门结构分项系数的研究

根据隧道洞门结构的计算特点,建立了隧道洞门可靠度计算的极限状态设计式,分析了在已知目标可靠指标βnom的情况下,用分位值法计算洞门结构分项系数的基本原理和过程。通过计算实例,对分项系数的影响因素及其概率意义进行了探讨。     

基于敏感性分析的隧道围岩变形稳定可靠度计算

应用可靠度理论对隧道围岩稳定性进行评定的难点是围岩变形稳定功函数为隐式或为高度非线性,为解决这一问题,将影响隧道围岩变形的因素视为随机变量,结合敏感性分析原理和有限元分析方法,先通过有限元分析求解每一个随机变量单独变化时圆形隧道拱顶沉降位移,再根据围岩位移计算结果进行非线性拟合得到拱顶沉降位移随单个因素变化时表达式,然后应用多元非线性回归求解围岩位移与多个随机变量之间的近似表达式.以圆形隧道洞室表面围岩刚好达到剪切塑性极限为临界条件时的洞顶沉降位移解析解作为围岩极限位移,根据围岩位移近似表达式和极限位移建立围岩变形稳定功能函数后进行围岩稳定可靠度计算.为了验证本方法的可行性,以某圆形断面隧道为例,采用设计点方法计算了围岩稳定可靠指标并对其稳定性进行了评定.本方法简单可行,计算精度能满足工程要求且具有一定的实用性.     

可靠度理论在公路沥青路面设计中应用的探讨

主要介绍了以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法作为沥青路面结构设计的原则，阐述了路面结构可靠度设计指标的概率分布及统计参数的变异性分析；并分析沥青路面结构可靠度设计计算方法。     

弹性反力方向对隧道衬砌可靠指标值的影响分析

使用荷载-结构模式进行隧道衬砌可靠度分析时，一般用弹性支承链杆来代替围岩与隧道衬砌结构的共同作用。对单线电气化铁路隧道衬砌标准设计图按相同设计参数，但将弹性支承链杆分别按水平和法线方向进行可靠度分析比较，其结果说明弹性抗力方向对隧道衬砌可靠度有显著的影响。     

可靠度理论在公路沥青路面设计中应用的探讨

主要介绍了以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法作为沥青路面结构设计的原则,阐述了路面结构可靠度设计指标的概率分布及统计参数的变异性分析;并分析沥青路面结构可靠度设计计算方法.     

无衬砌浅埋隧洞松散压力的数值分析法

将极限平衡理论和弹塑性理论相结合,利用ANSYS和FLAC3D数值分析软件来计算浅埋隧道松散压力。计算时先将土体强度参数进行折减,隧道开挖后不做衬砌,在拱顶施加与重力方向相反的节点力,通过调整施加的反力大小使隧道处于破坏极限状态,即极限平衡状态;通过软件是否收敛来判断隧道是否破坏。该方法考虑了土体材料的特殊性,有严格的力学依据,计算结果与实际情况更加接近,为求解浅埋隧道松散压力提供了一种新的方法。     

浅埋软弱黄土公路隧道围岩变形与衬砌受力特征

隧道围岩变形和应力场测试信息是工程围岩状态的动态反映,其为工程设计、施工、理论研究提供了可靠的资料,也为岩土工程从强度破坏极限状态控制向着变形极限状态控制发展提供了可靠的技术保障。分析量测结果并得出浅埋软弱黄土公路隧道围岩变形与衬砌受力特征,可为该工程后续施工和类似地质条件下隧道设计、施工与养护提供借鉴和参考。     

带裂缝隧道衬砌安全性评价及处治技术研究

为深入研究带裂缝隧道衬砌安全性评价的方法及裂缝处治技术,基于隧道衬砌裂缝调查结果,利用综合判定法对带裂缝隧道衬砌段的安全性进行了全面评价,同时利用刚度退化理论对带裂缝隧道衬砌结构的安全系数进行了验算,在此基础上,采用埋管注浆法和"钢拱架+注浆锚杆"法有针对性的对不同安全性的带裂缝隧道衬砌段进行了处治。研究结果表明:综合判定法融合了各单指标评价体系,使其对带裂缝衬砌安全性评价结果更加全面、客观、准确;利用刚度退化理论对带裂缝隧道衬砌安全系数验算结果与安全性评价结果基本吻合,二者共同为带裂缝隧道衬砌的处治提供了理论依据;采用埋管注浆法和"钢拱架+注浆锚杆"法对不同隧道段有针对性的进行处治,可取得良好的效果。     

小样本下基于代理模型隧道锚喷衬砌稳定可靠度求解

深部隧道工程结构极限状态方程高度非线性隐式特征及基本随机参数信息获取困难,导致在进行深部隧道工程可靠度计算时诸如一次二阶矩法和二次二阶矩法等基于概率论的常规可靠度计算方法应用困难。通过少量的样本可大致确定参数的区间分布范围,进而建立隧道超椭球凸集模型。在参数的分布区间内采用拉丁超立方试验获得有限虚拟样本点,通过Kriging代理模型拟合隧道锚喷支护结构的功能函数。最后,根据所建立的超椭球凸集模型将Kriging代理功能函数变换到标准正态空间内,即可运用蒙特卡洛方法计算失效概率和可靠度指标。通过分析某隧道工程锚喷衬砌结构的稳定可靠度,展示了该方法的应用前景。     

铁路隧道混凝土衬砌结构概率极限状态设计研究

根据可靠性理论的基本原理和方法，按现行隧道设计规范所采用的“荷载－结构”模式，对单纯铁路隧道衬砌结构可靠度设计实用表达式中的分项系数进行计算，提出分项系数的建议值，对实用设计表达式进行各种检算并作分析。     

基于可靠度分析的树根桩承载能力安全性评估——以某隧道软弱围岩基底加固工程为例

树根桩承载能力的计算通常采用确定性安全系数法,计算过程中未能考虑材料、几何特性的随机性.鉴于此,为了更加科学合理地评估树根桩承载能力的安全性,利用可靠度反分析方法,对某隧道工程中影响安全系数的主要因素进行参数敏感性分析.研究结果表明:(1)考虑了参数随机性的可靠度模型安全系数计算结果小于确定性安全系数法的计算结果,树根...     

隧道衬砌结构裂损机理及定量评估

隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,并易引起渗漏水病害、基床病害和复合型病害等隧道病害,降低衬砌结构的耐久性和安全性.基于衬砌裂损的力学机理分析,将隧道衬砌混凝土裂缝发展过程分为6个阶段,给出每个阶段的状态描述,并针对引起衬砌裂损的隧道衬砌厚度不足及衬砌背后空洞两个影响因素进行深入研究,分别利用隧道衬砌的拉、剪应力集中系数进行计算,明确不同围岩条件下隧道衬砌厚度不足或衬砌背后空洞等因素与衬砌内部应力集中程度之间的内在联系,为进一步建立依据隧道衬砌检测结果进行隧道衬砌状态评估的评估体系提供了量化基础.     

基于欧洲规范的结合梁截面可靠度校验

以可靠度指标β=4．7为目标，研究结合梁截面在承载能力极限状态下应该具有的安全系数；并对根据欧洲规范EC4(Euro code 4)设计的结合梁截面进行可靠度校验，获得结合梁截面实际具有的安全系数，比较二者，认为在现行EC4分项安全系数的基础上需要一个附加安全系数，这样才能保证所设计的结合梁截面达到欧洲规范ECI(Euro code 1)要求的可靠度．     

公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性影响

针对Ⅲ级和Ⅳ级围岩两种不同的支护形式,建立衬砌厚度不足计算模型.在有无病害条件下,比较隧道衬砌各位置的内力和安全系数,并根据衬砌厚度不足病害程度和宽度,采用数值计算的方法,分析公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性的影响.分析结果表明:隧道衬砌边墙、拱腰和拱顶的弯矩、剪力和轴力都比较大,属于病害发生的敏感部位;隧道衬砌出现厚度不足病害时,安全系数显著减小;衬砌安全系数随着病害程度的加剧,左边墙呈线性减小,而拱腰和拱顶呈曲线形减小;衬砌安全系数随着病害宽度的增加,先是显著减小,最后又有小幅增长,但整体呈减小趋势;随着病害区域从边墙向拱顶转移,衬砌受影响的范围逐渐增大.     

公路隧道衬砌病害力学模拟研究

基于荷载-结构法隧道计算理论,建立了公路隧道衬砌的裂缝、材料劣化、空洞、附加荷载等病害的力学评价模型,研制了公路隧道衬砌病害力学模拟分析软件,以便量化评价衬砌病害对结构承载力的影响。工程算例分析表明:衬砌裂缝和空洞的存在均会降低结构的安全系数,且空洞区域内的结构安全系数影响比较平稳,随着与病害位置距离的增加,其影响能力亦逐渐减弱。