蒙特卡罗法在水工隧洞可靠度中的分析及应用研究

阐明了水工隧洞中存在的不确定性 ,分析了与传统意义上“定值法”有别的不确定性概念 ,并论述了后者的合理性。深入对水工隧洞的作用荷载及其统计量作了分析 ,并建立了分析水工隧洞可靠度的数学模型 (可靠性功能函数 ) ,应用基于概率论的蒙特卡罗法原理对水工隧洞进行了统计模拟分析。以贵州省南盘江天生桥二级坝索水电站II号水工隧洞为工程实际算例进行了验证 ,并把结果与公式法和有限元法的计算结果进行了分析比较 ,得出了一些重要的结论 ,对水工隧洞的安全性更为科学地分析有很大的促进作用。     

无压隧洞围岩稳定可靠度分析

文章以刚体极限平衡的随机块体理论及地应力、围岩二次应力的强度理论建立概率极限状态方程,用可靠度理论进行无压水工隧洞围岩稳定分析,所得计算成果符合实际。使无压水工隧洞的完建期和检修期的围岩稳定问题得到较为满意的解决。     

某水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂缝机理分析

结合某水工隧洞衬砌所发生的裂缝情况，通过现场调查获取了第一手资料，并经过分析和计算，取得了水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂机理分析成果。计算结果与原型观测资料相比吻合良好。该研究对水工隧洞衬砌裂缝开度计算及裂缝机理分析具有参考价值。     

钢筋混凝土简支T梁桥加固后的体系时变可靠度

为分析钢筋混凝土简支T梁桥加固后承栽能力的变化趋势,对钢筋混凝土简支T梁桥上部结构加固前后的体系时变可靠度进行了计算分析．在计算过程中,推导了构件加固前后正截面承载能力的统计参数,并确定了其分布类型,然后利用蒙特卡罗法编制了串联方法计算加固后桥梁上部结构体系时变可靠度的计算程序．计算结果表明,在常用的4种桥梁上部结构加固方法中,体外预应力加固上部结构后的可靠度指标上升幅度最大,且桥梁承载能力再次衰减的速率最小．     

钢筋混凝土结构构件体系可靠度分析

结合钢筋混凝土结构构件的开裂特性,提出了在非线性随机有限元基础上求解体系可靠度的简化计算模型,在此基础上解决了承载能力极限状态下正截面钢筋混凝土梁体系可靠度及正常使用要限状态下钢筋混凝构件限制裂缝开展宽度体系可靠度计算问题,算例分析表明本文方法是合理可行的。     

水工隧洞衬砌底板缺陷诱因及其对结构安全的影响分析

水工隧洞长年运行会出现裂缝、磨损、掉块、冲坑等缺陷，极大影响工程安全。针对水工隧洞衬砌底板冲坑产生的原因及其对结构安全的影响问题，开展隧洞断面水力特征参数的数值模拟，从水力学角度分析衬砌底板冲坑产生的原因，并开展运行和检修工况下不同冲坑深度对衬砌结构受力的影响分析，结合监测数据与模拟成果对冲坑所在位置截面承载能力进行验算，结果表明：隧洞底板流速与紊动能均较大，在运行过程中受高速水流冲蚀作用最强，也最容易产生破坏。冲坑形成后主要对隧洞底板和边墙弯矩的对称性及数值影响较大，对轴力及剪力影响较小。受内外水压力控制的差异，相对于检修工况，运行工况下冲坑对结构安全的影响更加明显，冲坑导致截面抗弯刚度显著减小，随着冲坑深度增加抗弯承载力逐渐减小，工程运行中应重点关注运行工况下底板混凝土的冲刷情况。     

工业建筑的可靠性维修设计

工业建筑结构处于腐蚀性介质环境中 ,各部分结构构件承载能力在其使用过程中衰减速率不同 ,导致维修时结构体系各控制截面可靠度水平不同。考虑到各破坏模式间的串联关系及控制截面间的并联关系 ,按等可靠度分配原则要求各控制截面的维修可靠度增量有所不同。本文在此基础上研究了工业建筑结构体系的可靠性维修设计方法 ,对实现维修结构的可靠度水平具有重要的理论指导意义。     

钢管混凝土拱桥可靠度分析

为了研究由于施工产生的误差对结构可靠度的影响,针对铜管混凝土拱桥的特点,采用应力叠加法(也即极限状态设计法)模拟了钢管混凝土拱桥成桥过程,运用响应面法结合FORM计算了结构体系可靠度.分别计算了拱桥拱轴线设计高度及拱轴线下降0.3 m两种荷载工况下的结构体系可靠度.计算结果表明按1/2跨截面影响线布载时桥粱的可靠指标最...     

基于等待梁法的在用梁桥承载力可靠度

针对梁式桥结构显著失效模式之一———主梁的失效,研究在用梁桥承载力可靠度分析方法。从一根简支单梁出发,逐步对简支梁桥和连续梁桥的承载力可靠度分析方法进行研究。根据主梁的受力特点,确定梁桥承载力可靠度分析控制截面,分析并提出简支梁桥和连续梁桥可能的失效模式。引用增量荷载法和控制截面处不利布载相结合的方法,实现梁桥结构主要失效模式的搜寻;引入等代梁法,将多梁式结构的空间可靠度问题转化为单梁式结构的平面可靠度问题,以简化梁桥结构体系承载力可靠度的估算。最后,给出实桥应用算例。     

隧洞洞线与洞型的选择要点

隧洞是水工建筑物中的一种主要结构形式。隧洞设计理论日渐完善,计算方法也较全面,对参与设计的隧洞设计进行了总结,归纳出了隧洞洞线的选择及布置以及洞型的选择及洞型尺寸的要点。     

V形坡度对地铁隧道火灾临界风速的影响

由于穿越隧道、燃气管线和地质条件的工程需要,部分地铁隧道是V形坡度隧道。V形坡度隧道的烟囱效应会增加地铁隧道火灾烟气控制的复杂性和困难。该文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究V形隧道夹角和高差对地铁隧道火灾临界风速和烟气返流长度的影响。研究结果表明,坡度隧道的隧道夹角对地铁隧道火灾临界风速有较大影响,隧道火灾临界风速随着上坡隧道夹角增大而变小,隧道火灾临界风速随着下坡隧道夹角增大而变大;V形坡度隧道自然通风竞争效应会对地铁隧道火灾临界风速有较大影响,隧道火灾临界风速随着上坡隧道高差的增大而变小,隧道火灾临界风速随着上坡隧道夹角的增大而变小。该文的研究结果可以为V形坡度隧道通风防排烟系统设计过程中的火灾临界风速取值提供理论参考和依据。     

矿井围岩与支护系统复杂性研究

为研究围岩与支护技术问题,对近十年来相关研究工作进行了系统分析,发现围岩与支护是相互作用、相互制约的一个复杂非线性系统。利用力学与非线性系统理论建立了围岩与支护系统的耗散结构模型,论述了围岩熵产生与支护熵流的相互关系。根据信息熵的原理建立了矿井支护可靠熵模型,并与结构可靠性进行对比分析。最后提出深部巷道断面优化设计,降低巷道底角的非线性应力集中状态,实际应用中使巷道底鼓量减少20%以上。     

桥隧相连结构静动力特性影响因素分析

采用三维静动力有限元计算方法,对隧道洞口段桥隧相连复杂结构静动力特性的影响因素进行分析.考虑围岩、隧道衬砌以及桥台的相互作用,根据动力有限元的特点建立简化计算模型并验证其可靠性,分析列车速度、高跨比、桥台伸入隧道长度等,对隧道结构的静动力响应的影响.计算结果表明:列车速度、列车制动荷载及隧道高跨比对隧道结构的静动力受力特性影响较小,除竖向位移外,隧道其余应力及位移的变化在10%以内:对于单线桥隧相连结构,桥台伸入隧道长度应达到4 m以上,以保证桥隧相连结构处于相对较佳的受力状态.     

长大公路隧道火灾温度场分布试验研究

为了掌握长大公路隧道内的火灾行为,提升秦岭特长公路隧道的火灾安全性,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律及温度场扩散范围的大比例(1:6)火灾模型试验.模型隧道内径为1.8 m,长100 m.隧道内的风速在10 m/s范围内.试验中设定了3个火灾规模用以模拟实际的隧道火灾场景.试验中隧道内烟流温度通过CAN数据采集系统自动记录.试验结果表明,横向温度分布呈现拱顶最高,拱腰、边墙次之,底部最低的规律.对纵向温度分布而言,火区温度最高,随着远离火区温度逐渐降低.火灾规模及通风速度对温度分布及温度扩散范围具有明显的影响.随着火灾规模的增大,隧道内各点烟流温度及影响范围均增大.而随着通风速度的增大,温度扩散范围增大,火区最高温度降低,隧道内温度分布趋于均匀.此外,根据试验成果对结构防火措施、设备布置方案、火灾时通风风速的设定以及行车距离的限制等给出了合理的建议.     

基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)工作时刀盘表面会产生大量裂纹,针对这种情况提出一套裂纹区域划分法,在此基础上建立可靠度计算模型.首先,根据受力及结构形式的不同划分刀盘易发生裂纹的危险区域,然后运用雨流计数法获取应力幅值.以裂纹疲劳损伤累积为基本变量,创建TBM刀盘裂纹扩展形式的可靠度计算模型.以中天山隧道工程TBM刀盘为例,刀盘易发生裂纹的部位可划分为10个区域.TBM掘进4 km时可靠度的计算结果与实际工程相符.刀座焊接处最易发生疲劳破坏,维修时应采取措施防止其裂纹扩展.     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.     

自然通风地道最佳长度的确定

从获得最大自然通风的角度,分析地道最佳长度存在的必然性。通过建立空气出口温度,热压大小,流动阻力损失等随地道长度变化的关系,提出简单而有效的确定方法。同时考察各种因素如进出口高差,地道等效直径,局部阻力系数,室外空气相对于年平均温度的剩余温度等,对最佳长度和最大流速的影响,通过算例进一步阐明该方法的实施过程,所得结果有利于地下自然通风系统的设计建造及经济利用。     

公路隧道防火安全等级的划分

根据目前中国公路隧道建设的实际状况和技术水平,建立了公路隧道防火安全等级体系。提出了影响公路隧道防火安全等级的5个因素和4种关系,认为公路隧道防火安全等级的划分必须同时考虑隧道长度和交通量。选取隧道的特征长度分别为0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 km,隧道的断面交通量按照高速公路的最低要求取10 000 veh/d,将公路隧道防火安全等级从高到低划分为5个等级,并给出了与之相对应的防火设施配置和运输危险物品时的交通控制表。     

山区高速公路隧道群路段安全评价

为提高山区高速公路隧道群路段的行车安全性,通过对隧道群路段特征断面车辆速率及驾驶员心理、生理指标变化特征的分析建立了隧道群路段结构物长度和几何线形指标对车辆速率差以及驾驶员心率增长率的影响关系模型.结果表明,对于由2座隧道组成的隧道群,隧道连接段小型车的最大速率差受前一隧道和连接段的长度影响较大,大型车的最大速率差受连接段的长度以及纵坡影响较大;在第1座隧道的出口,驾驶员心率增长率受前一隧道和连接段长度的影响较大,而在第2座隧道的进口,驾驶员心率增长率受连接段长度以及隧道进口平纵线形综合指标的影响较大.在对关系模型进行验证分析的基础上,结合国内外相关研究成果,提出了基于速率差和心率增长率的隧道群路段安全评价方法.     

海底沉管对接测量

提出了沉管几何形状的主要检测参数,建立了测量方案;给出了准确求取对接面法线方向和平整度的数学模型;论证了严密平差解算端面尺寸及中心坐标的理论;分析了安装棱镜塔前管段位移给其相对关系确定带来的影响,给出了测量方案和算法;分析了对接面与管段中心线夹角误差对沉放后线路位置的影响,提出了控制隧道轴线偏差的措施;建立了沉放过程中实时显示管段位置的测量方案与计算理论;结合某海底隧道工程,介绍了沉管隧道对接的测量理论和方法.