在地下工程结构分析中,人们常用传统的单一安全系数法,由于该方法不能考虑结构各参变量客观存在的随机特征,而存在诸多自身不能克服的弊端,本文用可靠度来度量结构的可靠性能,使工程设计更趋科学、合理,更能反映问题的本质。 本文在查阅大量文献的基础上,通过对隧道结构失稳原因的分析,探讨了隧道失稳的影响因素和失稳形式,同时对隧道失稳的判断依据进行了系统的阐述,确定了容许极限位移量作为本文隧道结构失稳模拟的判定依据。 论文依托秦岭Ⅰ号隧道工程,利用其有关资料,选用Druker-Prager准则作为岩体屈服准则对典型区段进行三维非线性有限元分析。研究成果表明,拱腰部位出现应力集中,最大值出现在距拱脚1/3处,拱顶应力为最小;开挖、支护完成后,拱顶部位位移最大,拱腰次之,拱脚最小,此结果与现场监测相比分布基本一致。 目前,对类似隧道结构等大型地下洞室结构的可靠性分析已成为国内外有关学者的研究焦点之一,由于结构的复杂性,其结构功能函数无法用显式表达,以致无法直接使用一次二阶法及其改进方法。而且象这种大型的复杂结构采用蒙特卡洛法,将需上万次模拟,使之实用性受到质疑。为此,本文采用响应面法构造模拟函数,将响应面法与蒙特卡洛法相结合对秦岭Ⅰ号隧道进行可靠性分析。研究成果表明该段隧道结构处于稳定状态,可靠性分析中可以看出β值拱脚最大,拱腰次之,在拱腰上部1/3处可靠度变小而后变大,然后重新变小直至拱顶最小,与三维非线性有限元分析和实际监测位移变化基本一致,且与蒙特卡罗法5000次模拟相比较误差控制在3%以内,因此本文方法是可行的。本文利用响应面法构造功能函数之后,计算结构的可靠指标时,一般只需迭代4～5次即能满足精度要求,此时响应面法相当于提高了蒙特卡洛法的抽样技术,有效地提高蒙特卡洛法的模拟效率。 本文通过对典型区段三维非线性有限元分析、可靠度模拟研究及对现有监测资料的整理分析对比,获得了较为满意的结果。本文所提供的可靠度分析方法可行且基本上反映了隧道结构的实际稳定状态,本次模拟分析考虑的参数及分布特征基本能满足要求,实例证明该方法效率高,实用性强,用于地下结构的可靠性分析是可行的,在类似大型复杂结构的可靠度模拟中具有推广价值。