基于神经网络-蒙特卡罗法的隧道初衬可靠度研究

对于功能函数是隐函数的可靠性分析问题,传统的有限元蒙特卡罗法计算量极大。为了克服此缺点,提出了径向基神经网络-有限元蒙特卡罗法(RBF-MCS)。通过样本训练,创建了径向基神经网络模型。利用ANSYS软件中的可靠度分析模块,分析了基本随机变量对隧道初衬轴力的灵敏度大小的顺序。通过此方法和传统的有限元蒙特卡罗法分别计算了大瑶山隧道初衬的轴力和可靠度,并进行了对比分析。基于径向基神经网络-有限元蒙特卡罗法(RBF-MCS)的计算结果与施工实际吻合较好,通过现场观察也没有发现喷层混凝土压裂破坏,可见计算结果是符合实际的。径向基神经网络-有限元蒙特卡罗法比传统有限元蒙特卡罗法更加适合复杂结构的计算,具有更高的效率、精度和适用性。     

锚喷衬砌隧道结构稳定可靠度计算

根据地层特征曲线和围岩剪切滑移理论,分析围岩最小荷载计算方法。基于薄壁圆筒与锚杆端锚理论,分析喷射混凝土层(简称喷层)及锚杆的支护抗力确定方法。建立由锚杆支护抗力、喷层支护抗力和围岩荷载构成的圆形锚喷支护隧道结构功能函数。为了求解该非线性隐式功能函数的可靠度指标,首先,利用验算点与可靠度指标的关系,将极限状态方程由多自变量(结构基本变量)的隐式形式转变为单自变量(可靠度指标)的隐式形式;然后,通过泰勒公式将其展开成级数,截取其前若干项,导出可靠度指标的迭代逼近计算公式;再将复合函数求导法则与差分求导结合起来,推出逼近计算表达式中系数的导数求解格式。上述研究形成了基于泰勒级数与差分求导数结合的锚喷支护隧道结构稳定可靠度指标分析方法。采用该方法分析某公路隧道结构的稳定可靠度,并与蒙特卡罗方法的精确解进行对比,两者的绝对差异为0.018%,相对差异为4.47%。     

基于MATLAB的平面框架结构位移可靠度分析研究

基于结构可靠度分析数值模拟方法———蒙特卡罗法和响应面法的基本原理,利用MATLAB软件对一榀2跨3层框架在水平荷载作用下进行位移可靠度分析,分别采用了直接抽样蒙特卡罗法、响应面法、响应面—蒙特卡罗法、响应面—重要抽样蒙特卡罗法编制相应的计算程序,得到了结构水平位移最不利点的失效概率和可靠指标。计算结果表明,利用MATLAB可以编制结构可靠度分析程序,计算速度较快,数据合理,并为复杂结构的可靠性分析提供参考。     

基于逆可靠度分析的隧道开挖面极限支护压力优化设计

探讨了采用一阶可靠度方法(FORM)的逆形式对浅埋圆形隧道开挖面极限支护压力进行可靠度优化设计(RBD)的可能性。逆可靠度分析的计算过程可以在随机变量的原始空间中实现,并且可以直接提供一些满足目标可靠度指标的设计信息。针对隧道开挖面的坍塌和隆起破坏模式,通过三维有限元极限分析(FELA)计算极限支护压力的确定性解,由此建立极限状态方程并进行逆可靠度设计。在概率研究中,逆可靠度方法通过与蒙特卡罗模拟的结果对比显示出足够的准确性。在此基础上,本研究针对不同工况进行了一系列支护压力的可靠度优化设计和概率分析,获得相应的RBD结果。最后,讨论了土体抗剪强度参数的空间变异性对支护压力的影响。     

伪蒙特卡罗法及其在边坡可靠度分析中的应用

在确定具有最小可靠度指标的滑动面（即临界可靠度滑动面）时,由于常规的蒙特卡罗法抽样耗时巨大,临界可靠度滑动面的获得较为耗时。对于均质边坡,利用简化Bishop法构建了可靠度分析的功能函数,设计了6种随机变量的标准差组合,假定了随机变量的4种抽样范围,利用抽样次数较小的蒙特卡罗法即伪蒙特卡罗法对随机生成的132组可行滑动面进行了伪可靠度指标的计算并与蒙特卡罗法计算得到的可靠度指标进行了比较分析,研究发现：只有一个随机变量的前提下,滑动面的伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标呈完全线性关系,在其它条件相同的情况下,伪蒙特卡罗法抽样范围越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越小,反之亦然;伪蒙特卡罗法抽样次数越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越大,反之亦然。对均质边坡,可应用伪蒙特卡罗法快速计算其临界可靠度指标。     

采用逆可靠度方法的隧道支护抗力计算

 从风险水平的角度初步量化分级安全储备,提出在给定可靠性水平下直接计算隧道支护抗力的方法。该方法首先基于室内和现场试验的数据,利用广义3倍标准差准则得到参数的统计特征;遵循利用围岩应变值作为隧道支护设计基础的理论,采用极限状态函数建立功能函数方程;然后基于一次逆可靠度算法,结合Nataf变换和Cholesky分解构建详细计算程序;最后计算局部安全系数。以经典软岩参数为例,通过一次二阶矩法(FORM)验证该方法精度;分析相关性和初始应力场对隧道支护抗力的影响。最后计算确定在可接受风险水平下的隧道支护抗力及相应局部安全系数。     

深基坑支护结构的动态可靠性分析

通过深基坑支护工程中稳定、变形控制分析，给出了基于可靠度、失效模式对随机变量的敏感性分析的功能函数．提出了基于随机有限元分析深基坑支护结构的动态可靠性方法，为进一步进行深基坑支护结构的可靠性研究工作打下基础。     

两水隧道初期支护安全长度研究

基于两水隧道工程实例,从围岩稳定性入手,利用Ansys通用有限元软件建立了有限元分析模型,通过不同初期支护长度数值模拟分析,对隧道初期支护安全长度提出了建议,可以为隧道设计与施工提供一定的理论参考。     

长河坝隧道立交段初步设计初期支护参数研究

采用隧道和岩土工程专用有限元软件MIDAS/GTS对省道S211复建公路长河坝隧道立交段加强支护段进行了施工过程三维数值模拟。得到了隧道立交段加强支护段初期支护在开挖过程中拱顶沉降、水平收敛位移和底部隆起位移,围岩和支护结构的应力等变化规律,验证了加强段初期支护参数的可靠性,为初步设计提供了有效的计算依据。     

边坡可靠性评价的向量投影响应面研究及应用

岩土体的力学参数存在一定的随机性,当进行边坡稳定可靠性评价时,当功能函数不能用显式表达时,响应面法成为计算可靠度指标的重要方法。将向量投影响应面法与有限元强度折减法相结合,研究隐式功能函数边坡工程稳定可靠度计算方法。首先利用强度折减法结果拟合稳定系数计算方程从而代替隐式方程,并建立极限状态方程,然后进行向量投影以确定展开点和抽样点,进行近似方程的拟合、验算点和可靠度指标的计算,直到计算达到收敛。通过与不同计算方法进行对比,表明区别于通常以插值点为中心展开生成样本点的向量投影取样法的准确性和合理性,该方法可使可靠性分析次数显著减少,改善了对非线性程度较高的极限功能函数求解可靠指标的收敛性。同时,将该方法应用于杭兰高速公路大水田边坡的稳定可靠性分析当中。     

基于围岩稳定性的大断面隧道初期支护优化

文中依托郑州—万州(郑万)铁路客运专线的新庄岭隧道工程,采用现场实测、数值计算、理论分析等手段对隧道稳定性和初期支护各组成部分的支护效能进行了研究。首先,通过对初期支护中喷射混凝土、型钢钢架、锚杆三个组成部分的应力进行监测,分析测试数据发现各组成部分的强度未得到充分发挥,在此基础上基于经济性提出相应的初期支护优化对策。然后,采用有限元极限状态法对优化后初期支护的隧道稳定性进行了分析,借助位移、应力和塑性区等指标证明初期支护优化对策的可靠性。最后,基于隧道三度空间分布特征,确定了该隧道的D_Ⅰ-E-D_Ⅱ空间,发现本段新庄岭隧道的实际埋深处于E空间范围,从理论角度证明了现场测试和数值计算结果的合理性。初期支护的优化工作和方法可以在保证工程安全的基础上,提升其经济效益,以资类似工程提供借鉴。     

改进的一次二阶矩法在隧道可靠度中的应用

在隧道衬砌结构可靠度分析中,基于一次二阶矩中心点法在基本变量的概率分布若为非正态分布或为非对数正态分布以及结构功能函数为非线性函数时,中心点法计算结果与实际出入较大。通过引入分离函数式对一次二阶矩法进行的线性化处理,结合蒙特卡罗-有限元法计算荷载作用效应的统计特征,从设计验算点开始进行迭代,并利用Mathematica辅助编程对隧道结构可靠度指标进行求解。计算结果表明:改进一次二阶矩法与分位点法相比具有更令人满意的精度,实用性好,适用于隧道及地下工程结构的可靠度分析。     

与有限元法相结合的结构可靠性分析

本文通过对可靠度分析的概述理解到现代工程分析中实体模型不确定因素众多,进而带来分析的不准确性。基于有限元分析软件ANSYS提供的概率设计系统(PDS)的概率分析功能,使对结构的概率分析非常容易。根据结构的失效模式来确定结构功能函数,由此建立结构极限状态方程,再运用结构可靠度分析中的蒙特卡洛法(MCS法)利用结构的失效频率来估算其失效概率。在本文中提出了利用ANSYS的概率分析功能结合MCS法进行结构可靠性分析的方法,并通过一个实例具体说明了利用ANSYS的概率分析功能实现结构可靠性分析的可行性。     

浅埋偏压大断面隧道施工力学分析

针对某大断面公路隧道洞口浅埋偏压段采用CRD法进行施工,利用ANSYS有限元分析软件,对隧道的开挖过程进行了数值模拟,重点分析了地层的沉降、临时支护和初期支护的内力随开挖过程的变化情况。结果表明:采用CRD法施工,围岩应力呈不对称分布,以拱肩、拱脚和临时支护与永久支护结合处较大;深埋侧的拱肩、拱脚和地表的位移量都较浅埋侧大。     

大断面公路隧道临时支护结构拆除参数研究

为了探究center cross diagram method(CRD法)临时支护结构拆除对初期支护结构的扰动规律,以某公路隧道施工中临时支护结构作为研究对象,采用有限元方法,对临时支护结构拆除顺序及拆除长度2种关键拆除参数进行模拟分析。     

复杂结构可靠度的数值模拟

针对大型复杂结构分析中极限状态方程难于确定的问题 ,基于数值模拟技术探寻了如何利用通用结构分析有限元软件编程实现工程结构的可靠性分析。计算表明 ,数值模拟是求解复杂结构可靠度的有效途径     

基于组合拱理论隧道锚喷支护稳定可靠度求解的一维积分方法

基于组合拱原理和剪切滑移破坏模型,导出隧道锚喷支护结构功能函数。该函数表现为高度非线性隐式特征,同时基本参数间存在相关性,导致其可靠度求解困难。首先,引入基于半解析的Nataf变换以消除基本参数相关性的影响,将原始随机变量导入到标准正态空间中。其次,根据统计矩点估计法原理,依靠基本随机变量统计特征导出功能函数统计特征的矩估计公式。最后,根据统计矩与其变量的关系,以功能函数的前四阶矩为约束,基于最大熵理论导出功能函数的概率密度函数。构建基于组合拱理论的隧道锚喷支护稳定可靠度求解的一维数值积分方法。通过数值算例验证其准确性,最后分析荆竹山公路隧道支护结构的稳定可靠度,展示该方法的应用前景。     

基于随机理论的土遗址加固效果评估研究

分析了土遗址维修加固过程中的常用技术,提出了锚杆加固和砌筑加固对结构的整体可靠度影响较大,并将准粘聚力理论用于锚杆加固土遗址的可靠度分析中.应用拉丁超立方抽样的蒙特卡罗随机有限元法,采用Mohr-Coulomb破坏准则,对新疆吐鲁番地区加固前后的台藏塔遗址进行了随机有限元可靠性分析和数值模拟.对比加固前后所得可靠度,表...     

大跨度公路隧道初期支护极限位移值的确定

为了判断隧道开挖过程中围岩的稳定性,选取隧道开挖支护过程中反映围岩应力状态变化的初期支护极限位移值作为判别的重要依据。随着大跨度公路隧道建设的日益增多,为保证其在开挖过程中围岩的稳定性,计算其初期支护极限位移,依据JTG D70—2014《公路隧道设计规范》,运用Hoek-Brown屈服准则,运用FLAC3D软件模拟单侧壁导坑法与双侧壁导坑法两种开挖方式,运用尖点突变理论计算特征值作为极限状态的判别依据,计算拱顶、拱腰、拱脚的极限位移值。通过统计分析得到:双侧壁导坑法可以有效限制拱顶沉降值,并限制拱腰处的收敛值;同时,明确两种开挖方法针对不同围岩级别、不同埋深的极限控制点及相应的取值范围。     

基于RBF-RS法的深基坑支护刚度可靠度研究

深基坑支护结构的安全性及其对周圆环境的影响问题越来越突出,应用可靠度理论解决深基坑支护结构的安全性问题越来越受到重视。由于深基坑支护结构的变形值与其影响因素问的关系难以用函数显示表达,导致深基坑支护结构刚度可靠度计算上的困难。针对现有可靠度计算方法对于深基坑支护结构的刚度可靠度计算效率不高及精度不易保证的缺陷,在结合神经网络理论与可靠度计算方法的基础上,提出了利用有限元计算结果作为样本训练RBF神经网络来拟合深基坑支护结构的刚度可靠性分析的功能函数,进而利用最优化方法计算其可靠度。研究结果表明,该方法在保证精度的前提下极大的提高了可靠度运算效率,将为深基坑支护结构的刚度可靠度设计提供一定的借鉴作用。