考虑围岩参数空间变异性的连拱隧道稳定性分析

依托某高速公路连拱隧道,通过有限元极限分析结合随机场分析的方法,研究了围岩参数空间变异性对连拱隧道施工稳定性的影响。首先,开展了将岩石视为均质材料的确定性分析,通过有限元极限分析计算出了后行洞施工过程中各个开挖施工阶段的稳定系数,阐释了此时隧道结构的变形破坏模式和塑性区分布,得到了施工过程中的最危险工况。之后,通过随机场分析,研究了包括变异系数、相关长度在内的因素对连拱隧道最危险工况下的稳定系数、塑性区分布的影响。将随机分析得到的稳定性系数分布与确定性分析结果进行比较可知,即使岩石材料强度达到工程常用的置信度,确定性分析的结果仍然在一定程度上高估了工程安全性,这表明了确定性分析的局限性。最终,在考虑围岩参数空间变异性的情况下,得到了本工程隧道的失效概率及围岩强度参数设计标准值的建议值。本文的研究成果表明了隧道设计中考虑围岩参数空间变异性的重要性,可为相似工程的设计与施工提供参考。