基于Kriging算法的隧道衬砌稳定可靠度分析.pdf

第26卷第12期公路交通科技Vol126No112
2009年12月JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentDec12009

文章编号:1002O0268(2009)12O0062O07
基于Kriging算法的隧道衬砌稳定可靠度分析

苏永华,张鹏,李翔
(湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082)

摘要:根据以往的变形压力理论增加了塑性O分离阶段,由此提出了围岩变形压力发展过程的4个阶段,并在上述理
论基础上建立了隧道衬砌结构稳定的功能函数,指出了该功能函数的隐式特征在求解可靠度时的困难。利用Kriging
算法中变异函数对随机变量特征的表达能力和Kriging算法的插值技术,结合拉丁超立方试验设计抽样方法,推导出
了隧道围岩最小支护阻力的变异函数建立方法以及隧道衬砌结构稳定功能函数的插值方法,并给出了建立变异函数和
实现隐式函数插值的具体操作流程,从而解决了当隧道衬砌结构稳定功能函数为隐式函数时无法直接求解其可靠度的
问题。将此算法分析结果与MonteOCarlo算法精确解相比较,其迭代次数大大减少,而失效概率的绝对误差仅为
010049%,相对误差为215238%,表明Kriging算法不仅计算效率高,并且能够满足计算结果的精度要求。
关键词:隧道工程;可靠度;Kriging算法;功能函数;拉丁超立方抽样;插值模型;MonteOCarlo模拟方法
中图分类号:UT456文献标识码:A

ReliabilityAnalysisofTunnelLiningStabilityBasedonKrigingAlgorithm

SUYonghua,ZHANGPeng,LIXiang
(SchoolofCivilEngineering,HunanUniversity,ChangshaHunan410082,China)

Abstract:Accordingtotheconventionaltheoryofdeformationpressure,thefourOstageideaforevolutionof
deformationpressureofsurroundingrockwasproposedwhenaddingtheplasticityOseparatenessprocesstoit1Onthis
basis,theperformancefunctionforstructuralstabilityoftunnelliningwasdeveloped,andthefactthatthe
reliabilityevaluationishamperedbytheimplicitformofperformancefunctionwasindicated1Byusingthe
expressioncapabilityofvariancefunctionforthecharacteristicsofrandomvariablesandtheinterpolationtechnique
inKrigingalgorithmaswellasLatinhypercubesamplingmethod,boththeformulationofvariancefunctionfor
minimumsupportresistanceofsurroundingrockandtheinterpolationofperformancefunctionfortunnellining
stabilitywerederived,andthenthecorrespondingprocessforaccomplishingabovementionedtaskswasalso
presented,thustheproblemofthecalculationofreliabilityindexinthecontextofthenonOexplicitexpressionof
performancefunctionfortunnelliningstabilitywasresolved1IncomparisonwithMonteOCarlosimulationmethod,
theiterationsofcomputationprocessinthisillustrativeexamplethroughtheproposedprocedurewerealleviatedtoa
largeextent,theabsoluteerroroffailureprobabilityisonly010049%andtherelativeerrorisapproximateto
215238%,whichde