基于可拓学的隧道施工稳定性评价研究

摘要

随着我国交通基础设施建设进程的加快，每年都会修筑大量公路隧道和铁路隧道，预计在未来几十年内隧道的修筑将会不断增多。隧道的修筑环境为地下岩土体，其具体施工是一个较为复杂的过程。由于地质条件的复杂性和前期工程设计的局限性，在隧道修筑的过程中，经常发生失稳安全事故。因此，如何对隧道施工过程中的稳定性做出合理评价就显得极为重要。隧道施工监控量测是新奥法施工法的重要组成部分，能够及时反馈隧道施工过程中的变形与应力情况，是评价隧道施工稳定性的重要方法。在以往的评价方法中，通常将变形监测的结果作为隧道稳定性判定的重要依据。本文结合理论研究和数值模拟的结果分析，表明隧道应力监测对于隧道稳定性的合理评价也有着重要的影响，并在隧道位移监测管理等级的基础上建立了隧道施工稳定性等级。将可拓学的方法将引入到隧道施工稳定性综合评价中，把变形监测和应力监测的结果均作为隧道稳定性评价的重要指标，利用可拓评价法建立隧道施工稳定性等级可拓评价物元模型，评价其稳定性等级。在实际工程的应用中，这一评价方法取得了较好的效果。本文的主要研究内容和成果如下:
　　(1)总结当前常用的隧道施工稳定性评价方法，指利用出施工监测评定隧道稳定性方法所存在的问题和不足，提出隧道稳定性评价应当同时关注变形监测和应力监测的结果，在隧道位移监测管理等级的基础上提出了隧道稳定性等级的划分。
　　(2)通过学习可拓学相关理论和可拓评价法在岩土工程中的应用成果，掌握可拓评价方法的基本原理，总结其具体应用的评价手段与步骤。把可拓评价法引入到隧道施工稳定性评价中，根据隧道施工监测各指标量值监测管理等级的划分建立了隧道稳定性等级可拓评价物元。评价中采用主要以指标变动大小为分析依据的熵值法来确定各指标的权重，实现了工程中对监测数值和数值速率均需的兼顾，使可拓评价法更符合隧道稳定性等级评价的要求。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和研究意义

1．2 隧道施工稳定性评价方法研究

1．2．1 岩石力学的理论计算方法

1．2．2 工程地质法

1．2．3 工程类比法

1．2．4 监控量测法

1．3 可拓学方法在岩土工程中的应用

1．4 论文的主要研究内容和创新

2 隧道施工稳定性等级的建立

2．1 引言

2．2 围岩-支护共同体系理论的提出

2．2．1 围岩与支护分离模式体系

2．2．2 围岩-支护共同体系

2．3 围岩-支护体系的稳定性

2．4 隧道支护力学原理

2．5 隧道施工监测体系的形成

2．5．1 必测项目

2．5．2 选测项目

2．5．3 监测项目的选择

2．6 隧道施工稳定性评价存在的缺陷

2．6．1 变形监测评价为主导的稳定性评价方式

2．6．2 隧道变形监测的优点

2．6．3 隧道变形监测管理等级的划分

2．6．4 应力监测对隧道施工稳定性评价的重要性

2．7 隧道施工变形监测和应力监测的数值模拟

2．7．1 模型的建立与参数的选取

2．7．2 普通地质条件下的模拟结果

2．7．3 深埋隧道时的模拟结果

2．7．4 有软弱夹层时隧道模拟结果

2．7．5 数值模拟结果分析

2．8 隧道施工稳定性等级的划分及其可拓评价

2．8．1 隧道施工稳定性等级的划分

2．8．2 隧道施工稳定性等级可拓评价法的原理

2．9 本章小结

3 可拓评价方法相关理论

3．1 引言

3．2 可拓学的基础

3．2．1 基元

3．2．2 物元

3．2．3 事元

3．2．4 关系元

3．3 关联函数

3．3．1 距的定义

3．3．2 位值的定义

3．3．3 简单关联函数

3．4 可拓综合评价方法

3．5 本章小结

4 隧道施工稳定性等级可拓评价的实际应用

4．1 引言

4．2 工程概况

4．2．1 隧道概述

4．2．2 平纵面设计

4．2．3 隧道工程地质条件

4．2．4 支护系统材料的选择

4．2．5 监控量测主要内容

4．2．6 监控量测设计原则

4．3 隧道施工稳定性评价各指标的监测管理标准

4．3．1 隧道施工变形监测管理标准

4．3．2 变形速率监测管理标准

4．3．3 隧道施工应力监测管理标准

4．3．4 喷射混凝土应力监测管理标准

4．3．5 钢筋(钢拱架)应力监测管理标准

4．3．6 锚杆应力监测管理标准

4．3．7 各评价指标监测管理等级的划分

4．4 隧道施工稳定性等级可拓评价物元的建立

4．5 熵值法确定各指标的权重

4．5．1 熵值法确定权重的优点

4．5．2 熵值函数

4．5．3 计算指标的权重

4．6 ZK8+330断面稳定性评价应用

4．6．1 现场监测情况

4．6．2 传统的稳定性评价方法结果分析

4．6．3 可拓评价物元模型的建立

4．6．4 熵值法确定各指标的权重

4．6．5 关联度计算

4．6．6 稳定性等级的划分与对比分析

4．6．7 评价结果分析与验证

4．7 ZK8+465断面稳定性评价应用

4．7．1 现场监测情况

4．7．2 传统的稳定性评价方法结果分析

4．7．3 可拓评价物元模型的建立

4．7．4 熵值法确定各评价指标权重价法评定结果分析

4．7．5 关联度计算

4．7．6 稳定性等级的划分与对比分析

4．7．7 评价结果分析与验证

4．8 本章小结

5 结论与展望

参考文献

作者简介

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