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地铁矿山法区间隧道结构可靠性研究

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第一章 绪论

1.1研究意义

1.2国内外结构可靠性理论研究动态及发展趋势

1.2.1结构可靠性设计发展概况

1.2.2目前结构可靠度研究水平

1.2.3地下结构可靠性的发展状况

1.3 主要研究内容

第二章结构可靠度分析基本理论

2.1结构可靠度分析基本原理

2.1.1结构的可靠度

2.1.2结构功能函数的R-S模型

2.2可靠指标的计算方法

2.2.1一次二阶矩法

2.2.2非正态变量的等效正态化(JC法)

2.2.3分位值法

2.2.4蒙特卡罗法

2.2.5 响应面法

第三章地层特性统计特征分析及荷载计算方法研究

3.1地层特性统计特征分析

3.2区间隧道覆土压力荷载的确定

3.2.1地铁设计规范关于地层荷载的规定及存在的问题

3.2.2常用地层压力理论和公式

3.2.3各种地层压力理论公式的比较及存在的问题

3.2.4地层压力地层分层与加权计算比较分析

3.2.5区间隧道地层荷载计算表达式推导与建议

3.2.6建议地层荷载表达式效果分析比较

3.3本章小结

第四章 矿山法区间隧道衬砌结构可靠度研究

4.1计算模型

4.1.1支护层作用的简化方法

4.1.2等效弹性抗力系数对衬砌结构可靠性的影响分析

4.2北京地铁区间隧道衬砌结构安全系数复核

4.2.1截面强度检算方法

4.2.2衬砌结构安全度检算

4.3北京地铁区间隧道衬砌结构可靠指标分析

4.3.1地层物理力学指标的统计特征

4.3.2计算荷载的统计特征

4.3.3衬砌结构材料的统计特征分析

4.3.4极限状态方程

4.3.5蒙特卡罗法及样本容量的确定

4.3.6忽略支护层作用时的衬砌可靠度

4.3.7考虑支护层作用时的衬砌可靠度

4.4安全系数与可靠指标的关系

4.5地铁矿山法区间隧道衬砌结构目标可靠指标研究

4.5.1目标可靠指标的确定方法

4.5.2地铁矿山法区间隧道衬砌结构目标可靠指标的确定

4.6本章小结

第五章水土压力分项系数研究

5.1分项系数的确定原则

5.2分项系数的确定方法

5.2.1林德的0.75线性分离法

5.2.2一般分离法

5.2.3结构极限状态设计式中分项系数选定的“分位值法”

5.3区间隧道标准断面分项系数

5.3.1作用效应的统计特征

5.3.2抗力的统计特征

5.3.3区间隧道标准断面分项系数

5.4分项系数的合理性检验

5.5本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录

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摘要

应用可靠性理论和推行极限状态设计方法,制定相应的结构设计标准,是当今国内外结构设计发展的必然趋势,同时也是对地铁工程结构设计标准进行改革的有效途径。目前以可靠度理论为基础的极限状态设计方法,已经在工程结构中逐步开始采用,其以结构的可靠度评估结构的安全性,代替传统的单一安全系数设计方法。由于单一安全系数法不能作为度量结构可靠性的统一标准,而基于概率理论的极限状态方法则使不同结构之间的可靠性具有可比性,因此在技术上是一大进步。 本文通过建立北京地铁地质资料数据库,得到北京地区典型地层特性统计特征。在此基础上,通过对坍落拱统计公式、泰沙基理论和普氏压力拱理论等进行对比分析,认为这些理论公式还存在一些问题,值得进一步研究改进。本文根据北京地铁所处地层、隧道尺寸及埋深情况,提出北京地铁隧道竖向土压力荷载计算方法,并对北京地铁四、五、十号线标准断面初期支护进行了安全度分析,说明了其合理性。 本文从“荷载—结构”模型入手,认为二次衬砌承受运营阶段的全部荷载,初期支护的作用仅仅是改善了二次衬砌的工作环境,从而建立了地铁矿山法区间隧道二次衬砌结构可靠度分析时截面的功能函数,按随机有限元的基本原理,利用蒙特卡罗方法对区间隧道衬砌的可靠度进行了分析。通过分析北京地铁区间隧道衬砌结构可靠度计算结果,并查阅国内外相关资料,提出了北京地铁矿山法区间隧道衬砌结构目标可靠指标,并根据确定的目标可靠指标,重新分析水土压力的分项系数。对地铁隧道及城市地下工程均具有一定的参考价值。

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