岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (5): 1462-1472.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1153

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岩体空间变异性对隧道拱顶失效概率的影响

仉文岗1, 2, 3，王琦2，刘汉龙1, 2, 3，陈福勇2   

  1. 1. 重庆大学 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045；2. 重庆大学 土木工程学院，重庆 400045； 3. 重庆大学 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心，重庆 400045
  • 收稿日期:2020-08-10 修回日期:2021-01-06 出版日期:2021-05-11 发布日期:2021-05-08
  • 通讯作者: 陈福勇，男，1994年生，博士研究生，主要从事岩土工程可靠度和风险控制研究。E-mail: chenfuyong@cqu.edu.cn E-mail:zhangwg@cqu.edu.cn
  • 作者简介:仉文岗，男，1983年生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程可靠度和风险控制研究。
  • 基金资助:
    国家留学基金资助项目（No. 201906050026）；重庆市建设科技计划项目（2019-0045）

Influence of rock mass spatial variability on probability of tunnel roof wedge failure

ZHANG Wen-gang1, 2, 3, WANG Qi2, LIU Han-long1, 2, 3, CHEN Fu-yong2   

  1. 1. Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 3. National Joint Engineering Research Center of Geohazards Prevention in the Reservoir Areas, Chongqing University, Chongqing 400045, China
  • Received:2020-08-10 Revised:2021-01-06 Online:2021-05-11 Published:2021-05-08
  • Supported by:
    This work was supported by the Program of China Scholarships Council (201906050026) and the Construction of Science and Technology Program of Chongqing (2019-0045).

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摘要： 在隧道的设计和施工中，通常采用确定性分析方法计算安全系数，从而衡量隧道拱顶楔形体的稳定性，而传统的确定性方法无法考虑和描述岩体天然存在的空间变异性。基于极限平衡法推导了考虑岩体节理摩擦角空间变异性的隧道拱顶楔形体安全系数积分表达式，并通过通用离散元程序（universal distinct element code，简称UDEC）对该表达式进行了验证。基于随机场理论和蒙特卡罗模拟（Monte Carlo Simulation，简称MCS）方法，将生成的岩体节理摩擦角随机场代入推导的隧道拱顶楔形体安全系数积分表达式中，计算了考虑隧道地质力学参数和几何参数不确定性的隧道拱顶楔形体失效概率。结果表明：岩体节理摩擦角的空间变异性对隧道拱顶楔形体失效概率有显著影响，忽略岩体力学参数的空间变异性会明显高估隧道楔形体的失效概率。

关键词: 空间变异性, 隧道拱顶楔形体, 极限平衡法, 安全系数, 失效概率

Abstract: In tunnel design and construction, the stability evaluation of tunnel roof wedge usually adopts traditional deterministic analysis methods, which cannot appropriately reflect the spatial variability of rock mass. Based on limit equilibrium method, an efficient approach for evaluating the safety factor integral expression of tunnel roof wedge is presented in this study. This approach considers the influence of spatial variability of rock mass joint friction angle and is validated by universal distinct element code (UDEC). Based on random field method and Monte Carlo simulation (MCS), a generated random field is substituted into the established safety factor integral expression to calculate the safety factor of the tunnel wedge, in which the spatial variability of rock mass joint friction angle is well considered. The failure probability of roof wedge is calculated with consideration of geological and geometry parameters uncertainties. The results indicate that the spatial variability of rock mass joint friction angle has a significant influence on the failure probability of tunnel roof wedge. Ignoring the spatial variability of rock mass mechanical parameters will cause an overestimated failure probability of tunnel roof wedge.

Key words: spatial variability, tunnel roof wedge, limit equilibrium method, factor of safety, failure probability

中图分类号: U 458.1
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