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岩土力学数值模拟预测值的可靠性极大地受制于地质材料的天然变异性。本文试图运用高等概率分析理论来定量地评价这种变异性对预测值的影响。为此提出了一种用于分析在多参数随机变异情况下岩土力学数值模拟预测值变异性的全概率方法。该方法以特定数值模拟结果为随机隐式响应量,首先根据多维高效数值求积理论计算出响应量特定随机函数的均值;据此就可以利用本文提出快速傅里叶变换数值概率分析方法及作者开发的最大熵分布求解器软件一次性求解出响应量的全概率分布,用于定量评估数值模拟预测值的变异性。然后具体运用本文方法对传统可靠度分析的JC法进行了fourier分析;评价了若干关键岩土力学参数的变异性对隧道稳定性数值模拟及储气盐岩溶腔热力学模拟预测值的影响程度。主要完成了如下的研究工作:
(1)可靠性分析最大熵法的基本理论研究与软件开发。在前人最大熵原理的研究基础之上,运用VC++应用程序开发语言与Fortran计算语言相结合编制了最大熵分布求解器软件,该软件的进一步完善将极大地方便最大熵法在工程中的应用。
(2)各种多维高效积分方法的理论研究与程序编制及其与最大熵法软件相结合用于求解岩土力学模拟计算值的全概率分布的方法研究。
(3)岩土力学计算值可靠性的Fourier分析。提出了一种FFT数值概率分析方法,并将其用于岩土力学模拟计算值的可靠性分析。
(4)围岩若干关键物理力学参数(抗剪强度参数及地应力)的变异性描述。针对岩土力学参数的变异性特点,提出用一种两端截断的拟正态分布对岩土力学参数的变异性进行准确的数学描述。
(5)本文方法在岩土力学分析中的具体应用。通过对传统可靠度分析JC法的Fourier分析,验证了JC法的适用范围及FFT数值概率分析方法的优势;评价了隧道稳定性模拟预测中若干关键参数,包括岩土剪切强度参数C、φ及地应力值的变异对预测值的影响;评价了盐岩溶腔热力学耦合计算中围岩关键热力学参数,包括导热系数、对流换热系数、比热、线胀系数的变异性对预测值的影响。得出的结论为温度场数值模拟的可靠性要大于岩土力学数值模拟的可靠性,在多参数变异下隧道模拟预测值的变异性较大。