基于可靠性理论的深埋隧道与地下空间工程时效稳定性研究

随着隧道与地下空间工程开挖深度的逐渐增大，工程围岩应力将逐渐增加，围岩及支护结构的流变效应更明显，工程稳定性及可靠性的时效特征也更显著，工程长期稳定性及耐久性问题将更显突出，这一问题是目前国内外地下工程领域特别关注及重点研究的基础理论性问题。项目针对深埋隧道与地下空间工程时效稳定性及可靠性，从围岩及支护结构粘弹塑性变形出发，考虑围岩及支护结构损伤过程建立损伤流变模型，并根据位移及应力时效本构模型，确定围岩及支护结构时效破坏特征以及围岩与支护结构间接触压力的时效变化规律；在此基础上，采用可靠性理论，建立基于应力法及位移法的深埋隧道与地下空间工程时效稳定性评判模型，采用基于模式搜索的最小二乘法识别围岩及支护结构流变参数，计算分析试验工程时效稳定性及可靠性，并结合数值模拟及现场监测结果对理论研究结果进行验证及修正。本研究为隧道与地下空间工程永久支护设计、风险管理及工程灾害控制提出新的思路。

为满足社会经济发展对资源（能源）日益增长的需要，近年来，我国明显加快了深部资源（能源）的开发利用，大量深埋隧道与地下空间工程的建设将是21世纪地下工程建设的基本趋势。然而，随着隧道与地下空间工程开挖深度的逐渐增大，工程围岩及支护结构的流变效应更显著，工程稳定性及可靠性的时效特征也更明显，工程长期稳定性及耐久性问题将更加突出。本项目针对深埋隧道与地下空间工程时效稳定性问题，在项目资助期内围绕该项目的任务书开展了以下主要研究工作：（1）在深埋隧道工程围岩体物理力学实验及流变实验的基础上，建立了围岩体流变模型；在此基础上，建立了基于荷载-结构模型及收敛-约束模型的隧道工程可靠性数学模型，并计算分析了某深埋隧道工程的时效稳定性及可靠性；（2）分析研究了某深埋隧道工程初次支护和二次衬砌的水平应力、竖向应力、竖向位移、锚杆轴力及支护结构破坏域等随掌子面推进的时效变化规律及特征；（3）运用FLAC3D应变软化模型，模拟分析了某隧道工程围岩及支护结构稳定性以及围岩塑性区变化等时效特性；（4）考虑了支护结构的锈蚀问题，建立了锈蚀支护结构可靠性计算模型，并模拟分析了不同锈蚀率的某隧道工程初次支护及二次衬砌的时效稳定性；（5）对某隧道工程的施工过程进行了现场监测，并根据监测结果分析了其稳定性；（6）研究了风险评估中专家咨询结果可信性控制方法，建立了基于可靠性理论及专家咨询相结合的隧道工程风险评估方法。