基于不確定性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性及風(fēng)險(xiǎn)分析研究.pdf

1、隧道圍巖穩(wěn)定性及風(fēng)險(xiǎn)分析是一個(gè)復(fù)雜的非確定性問(wèn)題,分析過(guò)程中存在大量的隨機(jī)性、模糊性和未確知性信息,傳統(tǒng)的確定性分析方法難以反映上述特點(diǎn),因此,有必要開(kāi)展基于不確定性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性及風(fēng)險(xiǎn)分析研究,具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。為此,本文綜合運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論、模糊數(shù)學(xué)理論與區(qū)間數(shù)學(xué)理論,在探討巖體力學(xué)參數(shù)確定方法基礎(chǔ)上,分別從定性與定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行研究,進(jìn)而對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　 本文首先對(duì)巖體力

2、學(xué)參數(shù)確定方法進(jìn)行研究。針對(duì)巖石抗剪強(qiáng)度確定的隨機(jī)模糊方法存在的不足,在最小二乘法基礎(chǔ)上,將試驗(yàn)值對(duì)估計(jì)值的隸屬度作為擬合偏差權(quán)重,建立出巖石抗剪強(qiáng)度確定的模糊擬合方法,并分析了參數(shù)取值模糊隨機(jī)可靠度與置信區(qū)間。此外,針對(duì)模糊擬合分析結(jié)果難以反映試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布特征的不足,采用非對(duì)稱(chēng)三角模糊數(shù)作為巖石抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則方程系數(shù),將試驗(yàn)值對(duì)估計(jì)值的隸屬度作為權(quán)重系數(shù)對(duì)最可能計(jì)算取值與試驗(yàn)值的偏差進(jìn)行修正,并將其加權(quán)差方與某截集水平下的非對(duì)稱(chēng)三角模糊

3、數(shù)區(qū)間寬度之和作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行模糊優(yōu)化分析,進(jìn)而建立了基于非對(duì)稱(chēng)三角模糊數(shù)的巖石抗剪強(qiáng)度確定方法。
　　 為進(jìn)一步獲得巖體力學(xué)參數(shù),考慮地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)(GSI)取值過(guò)程中所具有的區(qū)間與模糊不確定性,分別采用區(qū)間數(shù)與三角模糊數(shù)表示參數(shù)取值,并采用結(jié)構(gòu)面表面等級(jí)(SCR)與節(jié)理特征系數(shù)(Jc)對(duì)結(jié)構(gòu)面表面特征進(jìn)行量化取值,采用巖體結(jié)構(gòu)等級(jí)(SR)與巖塊體積(Vb)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化取值,進(jìn)而利用基于GSI的Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則

4、、巖體力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)確定公式以及區(qū)間優(yōu)化運(yùn)算方法與截集技術(shù),分別建立出基于區(qū)間理論與GSI的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法和基于模糊理論與GSI的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法。
　　 其次,在巖體力學(xué)參數(shù)取值基礎(chǔ)上,從圍巖分級(jí)與可靠性分析兩個(gè)方面分別對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行研究。在圍巖分級(jí)方面,根據(jù)圍巖分級(jí)主要影響因素的層次性與模糊性,建立出隧道圍巖分級(jí)二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型,探討定量與定性指標(biāo)隸屬度與權(quán)重確定方法,并引入變權(quán)重思想,建立出隧道圍巖分級(jí)變

5、權(quán)重二級(jí)模糊綜合評(píng)判方法。此外,針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度與權(quán)重取值過(guò)程中所具有的區(qū)間特性以及評(píng)判運(yùn)算過(guò)程中所具有的非線性特征,采用區(qū)間數(shù)表示評(píng)價(jià)指標(biāo)與其相互重要程度取值,在探討隸屬度與權(quán)向量區(qū)間數(shù)確定方法以及非線性模糊運(yùn)算方法基礎(chǔ)上,建立出隧道圍巖分級(jí)區(qū)間非線性模糊綜合評(píng)判方法。
　　 在可靠性分析方面,采用三角模糊數(shù)表示巖體物理力學(xué)參數(shù)取值,根據(jù)隧道圍巖錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)剪切破壞理論,確定出圍巖噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性分析功能函數(shù),在探討模糊可

6、靠性指標(biāo)求解方法基礎(chǔ)上建立出隧道圍巖錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)模糊能度可靠性分析方法；根據(jù)塊體失穩(wěn)極限分析方法,在給定安全系數(shù)下確定出塊體沿單面滑動(dòng)與雙面滑動(dòng)的可靠性分析功能函數(shù),進(jìn)而建立出隧道圍巖塊體模糊能度可靠性分析方法；根據(jù)邊坡穩(wěn)定極限分析方法,在給定安全系數(shù)下確定出隧道口邊坡穩(wěn)定可靠性分析功能函數(shù),進(jìn)而建立出隧道口邊坡模糊能度可靠性分析方法。
　　 然后,對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。針對(duì)隧道施工特點(diǎn)以及影響因素的層次性與模糊性,建立出隧道

7、施工風(fēng)險(xiǎn)二級(jí)模糊綜合評(píng)判模型,根據(jù)層次分析法確定影響因素權(quán)重時(shí)其重要程度取值具有不確定性的特點(diǎn),利用三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣排序方法確定權(quán)向量,并采用非線性模糊算子進(jìn)行計(jì)算,從而建立出隧道施工風(fēng)險(xiǎn)非線性模糊綜合評(píng)判方法。同時(shí),針對(duì)隧道施工支護(hù)結(jié)構(gòu)影響因素取值所具有的不確定性,采用模糊能度可靠性分析方法計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概率,并通過(guò)非線性模糊綜合評(píng)判方法建立隧道施工支護(hù)結(jié)構(gòu)后果等級(jí)分析方法,進(jìn)而建立出隧道施工支護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模糊分析方法。