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为了消除可靠度响应面建摸方法中不能判断基础因素对结构状态重要性程度的缺陷展开研究。首先将二次回归正交组合试验设计和失拟性、显著性检验原理结合起来,构建了基本因素及拟生项对结构特征值影响程度的判别方法。其次,将该方法植入响应面的结构状态方程建立程序中,形成基于显著性原则的对基本因素及拟生项具有鉴别功能的复杂结构状态函数筛选方法。然后再采用Matlab搜索方法优化基于筛选方法的响应面可靠度指标计算过程,形成具有较高效率的新型复杂地下结构可靠度响应面分析技术。最后,通过某隧道工程围岩的稳定可靠度计算,详细阐述了该技术的运行过程和操作程序,并在计算效率、计算精度等方面进行了对比验证,显示了研究成果的有效性和适用性。本文首先以张家界阳龙公路隧道断面K8+947为例,建立ANSYS(APDL)参数化模型,而且对该断面的施工监测成果进行整理和分析,通过该断面的围岩变形量、变形稳定时间及变形速率来评价围岩稳定性,并运用非线性回归分析和灰色Verhulst模型对比分析预测得到监测点处围岩稳定位移值。此外,根据位移反分析的基本原理,结合监测点处预测位移值,运用APDL参数化模型,得到断面K8+947处围岩合理参数值,利用反演的结果可以用来修正原设计方案和作为类似工程的参考资料。其次,引入一种基于二次回归正交组合试验设计的结构状态方程正交化建立方法,并编制相应的Visual Basic程序,运用APDL参数化模型对每组试验设计方案的结构状态特征值求解,经过统计筛选和计算分析,建立结构状态特征值与基础因素之间复杂非线性的最优化结构状态方程。并将该方法应用于断面K8+947,在正常使用极限状态下,以位移为准则,建立隧道拱顶下沉位移与基础因素之间经筛选优化后的结构状态方程。最后,根据所建立的结构状态方程,利用基于非线性规划的Matlab搜索方法、Matlab优化方法和传统响应面JC法,并编制相应的可靠度计算程序。将这些方法用于隧道的可靠度计算,通过与Monte Carlo法精确解对比得到:这三种方法避免了基于ANSYS概率分析的Monte Carlo法需要重复进行结构数值计算的问题。此外,在计算精度和计算效率方面,将前两种方法与Monte Carlo法和传统响应面JC法进行了对比,以验证其适应性和可行性。