第
43
卷第
2
期
2012
年
2
月
中南大学学报(自然科学版)
J
f)
urnal
of
Central
South
University (Science
and
Technology)
Vo
l.
43
No
.2
Feb.2012
基于最大摘原理与最优化方法的隧道衬砌结构可靠度分析
张道兵
l
，
2
，杨小礼
1
，朱川曲
2
，王卫军
2
(1.中南大学土木工程学院，湖南长沙
，
410075;
2.
煤矿安全开采技术湖南省重点实验室，湖南湘潭，
411201)
摘要:针对隧道衬砌结构
参
数的随机性、分布的多样性
与极
限状
态功
能函数高度
非
线性的特征，运用最大熔原理
对隧道衬砌结构参数进行估计，得到符合实际的
参
数估计值;然后，根据隧道衬砌结构稳定的极限状态方程，从
结构可靠度指标的几何涵义出发，建立其可靠度指标计算的优化数学模型，并运用
Microsoft
Excel
工作
表
中的规
划求解功能得到其可靠度指标
。结合
工程实际
，给
出具体算例，且指出提
高
隧道衬砌结构可靠度的途径
。
研究结
果表
明:该
方
法用
于 计
算工
程结构可靠度指标无需将状态函数线性化，不受基本
变
量维数限制，收敛速度快，计
算效率高，且与蒙特卡罗
100
万次直接抽样法计算结果相比，具有很高的精度，能广泛适用于隧道及地下工程领
域的可靠度计算和分析。
关键词:隧道衬砌:最
大炮
原理:结构可靠度指
标
:优化算法
中图分类号:
U455
文献标志码
:A
文章编号:
1672-7207(2012)02-0663
•
06
Structural reliability analysis of tunnellining based
0I
1l
maximal entropy principle and optimization method
ZHANG
Dao
-
bi
ng
1.2,
YANG
Xiao-li
l
,
ZHU
Chuan-qu
2
,
WANG
Wei-jun
2
(1
. School
of
Civil Engineering
,
Central South University
,
Changsha 410075
,
China;
2.
Hunan Key Laboratory
of
Safe Mining Techniques
of
Coal
Min
邸，
Xiangtan 411201
,
China)
Abstract: Considering the facts that the parameters
of
tunnel lining structures are random
,
the distributions are various
,
and the limit state functions are highly nonlinear
,
the practical parameters
of
tunnel lining structures were estimated and
presented. The calculations were formulated
in
maximal entropy principle
,
so that the
actual parameters were obtained
According
to
the
Ii
mit state equation
of
stability
of
tunnel lining and the geometry meaning
of
structural reliability index
,
a reliability-index-calculating model was established based on optimum algorithm. The structural reliability index was
calculated
by
using the function
of
programming solver in Microsoft Exce
l.
Detailed calculation procedures
,
an example
and the methods to improve the reliability
of
tunnellining
struc
阳
re
were given. The results show that this method with a
fast convergence and a high calculation efficiency does not linearizate the limit state function and the limit
of
dimensions
of
essential variables, and
it
has high calculating precision compared with that calculated by the one-m
iIl
ion-time
Monte-Carlo direct sampling method
Key words:
tunnellilll
吨，
maximal entropy principle;
s
位
uctural
reliability index; optimum algorithrn
由于隧道衬砌结构的参数具有随机性，其分布具
育
多样性，且极限状态功能函数具有高度
非
线性的特
收稿日期:
2011
-0
3
-0
5
;
修
回日期
2011-06-02
征，所以，
在
进行其可靠度计算中，要从参数估计、
极限状态功能函数和结构可
靠
度计算方法这
3
个方面
基金项目:国
家自
然科
学基金
资助项
目
(5117
8
468:
50
8
74042);
煤
矿安 全开
采技术湖南省
重点实
验
室开放
基
金资助
项
目
(2
01102);
湖南省研
究生 科
研创新项目
(
CX2
01IB095)
通信作者:张道
兵
(1977-).
男
，湖北
石首
人，
博士研
究
生
，从事土体极限分析与结构可
靠
性的研
究:
电话:
0731-58290040;
E-mail:
dbzhang
@
hnus
t.
edu.cn
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