重力式挡土墙结构体系可靠度分析

摘要

重力式挡土墙结构简单，施工方便，可以就地取材，是我国常用的一种挡土墙形式。目前在挡土墙的设计分析中采用安全系数法，没有考虑土的物理力学指标的随机性，导致在工程中某些挡土墙按定值法估计的安全系数是足够的，而投入使用后却很快发生了破坏。如果将可靠度分析方法引入挡土墙的设计分析中，则可以减少很多破坏的发生。对于将可靠度方法引入挡土墙的设计计算中，国内外部分学者已经做了一些工作，本文在前人工作的基础上又进行了如下几方面的研究： (1)分析了影响重力式挡土墙可靠度的随机变量，认为回填土的内摩擦角、土对墙背的摩擦角、填土重度、基底摩擦系数、地基极限荷载、土的饱和重度和水力梯度等均是服从正态分布的随机变量；根据可靠度理论，分别建立了挡土墙抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性、地基承载力稳定性和墙身材料抗拉强度、抗压强度、抗剪强度的结构功能函数，并利用结构可靠度分析一次二阶矩法中的验算点法分别计算出甘肃某挡土墙实例各单失效模式的可靠度指标。 (2)为了真实反映重力式挡土墙稳定性的可靠度，引入了体系可靠度计算理论。将挡土墙倾覆失稳、滑移失稳和地基承载力失稳三种失效模式视为串联系统，在单失效模式可靠度指标的基础上，进一步利用逐步等效平面法计算出结构体系可靠度指标，并得出挡土墙稳定性的结构体系失效概率。 (3)利用蒙特卡罗方法模拟了甘肃某挡土墙实例的可靠度计算过程，模拟结果表明，利用一次二阶矩法中的验算点法计算出的单失效模式可靠度指标和利用逐步等效平面法计算出的结构体系可靠度指标都比较精确，所以这两种可靠度计算方法可以在挡土墙的可靠度分析中进行推广。 (4)分析了某挡土墙改建工程改建前后结构体系可靠度的差别，新建挡土墙的结构体系可靠度指标要大于原有挡土墙的结构体系可靠度指标。当考虑动水压力对土压力的影响时，原有挡土墙和新建挡土墙的结构体系可靠度指标均变小，相应的结构体系失效概率变大。基于全球定位系统(GPS)及全站仪技术相结合的监测方法，对新建挡土墙的变形进行了监测，监测结果说明，整个挡土墙在观测期间未发生明显的沉降和倾斜变形，目前是稳定安全的。 (5)研究了重力式挡土墙抗倾覆稳定性安全系数和抗滑移稳定性安全系数与对应可靠度指标的关系。针对甘肃某粘土边坡设计了36种不同截面尺寸的挡土墙，计算出每种挡土墙的安全系数和可靠度指标，整理计算结果并分别绘制抗倾覆稳定性安全系数和抗滑移稳定性安全系数与可靠度指标的关系曲线图，从图中可以看出，可靠度指标随着对应安全系数的增大而增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的提出

1.2国内外研究综述

1.2.1结构可靠度理论的发展历史及工程应用现状

1.2.2岩土工程可靠度研究现状

1.2.3挡土墙可靠度研究现状

1.3本文的主要研究内容

1.4本章小结

第2章挡土墙设计分析的基本概念

2.1重力式挡土墙概述

2.2重力式挡土墙设计理论

2.2.1重力式挡土墙设计基本原则

2.2.2重力式挡土墙稳定性验算

2.2.3重力式挡土墙地基承载力验算

2.2.4重力式挡土墙截面强度验算

2.3土压力的基本概念

2.3.1主动土压力

2.3.2被动土压力

2.3.3静止土压力

2.4库仑土压力理论

2.4.1基本假定

2.4.2主动土压力

2.4.3粘性土的库仑土压力公式

2.4.4考虑动水压力作用的主动土压力计算

2.5本章小结

第3章结构可靠度理论及计算方法

3.1结构可靠度的基本概念和原理

3.1.1结构分析中的不确定性

3.1.2结构设计中的随机变量

3.1.3结构的极限状态

3.1.4结构可靠度与可靠指标

3.2结构可靠度分析的一次二阶矩方法

3.2.1中心点法

3.2.2验算点法

3.3结构体系可靠度分析方法

3.3.1结构体系的形式及特点

3.3.2逐步等效平面方法

3.4结构可靠度分析的蒙特卡罗方法

3.4.1结构可靠度模拟的基本方法

3.4.2结构可靠度模拟的其他方法

3.5本章小结

第4章挡土墙结构体系可靠度分析及蒙特卡罗模拟

4.1挡土墙可靠度分析中的随机因素

4.1.1挡土墙可靠度分析中的不确定性

4.1.2挡土墙可靠度分析中的随机变量及其概率分布

4.2重力式挡土墙各失效模式功能函数的建立

4.2.1抗倾覆稳定性功能函数的建立

4.2.2抗滑移稳定性功能函数的建立

4.2.3地基承载力稳定性功能函数的建立

4.2.4墙身材料强度功能函数的建立

4.3重力式挡土墙可靠度分析实例

4.3.1工程简介

4.3.2抗倾覆稳定性可靠度指标的计算

4.3.3抗滑移稳定性可靠度指标的计算

4.3.4地基承载力稳定性可靠度指标的计算

4.4重力式挡土墙结构体系可靠度分析实例

4.4.1各失效模式线性极限状态面的确定

4.4.2结构体系可靠度指标的计算

4.5重力式挡土墙可靠度分析的蒙特卡罗模拟

4.5.1单效模式可靠度分析的蒙特卡罗模拟

4.5.2结构体系可靠度分析的蒙特卡罗模拟

4.6本章小结

第5章挡土墙改建工程可靠度分析及变形监测

5.1重力式挡土墙改建工程实例概述

5.1.1原有挡土墙工程概况

5.1.2新建挡土墙工程概况

5.2原有挡土墙结构体系可靠度分析

5.2.1原有挡土墙单失效模式可靠度指标的计算

5.2.2原有挡土墙结构体系可靠度指标的计算

5.3考虑动水压力作用时原有挡土墙结构体系可靠度分析

5.3.1单失效模式可靠度指标的计算

5.3.2结构体系可靠度指标的计算

5.4考虑动水压力作用时新建挡土墙结构体系可靠度分析

5.4.1单失效模式可靠度指标的计算

5.4.2结构体系可靠度指标的计算

5.5挡土墙改建工程可靠度分析结果的对比与分析

5.6新建挡土墙的变形监测

5.6.1一期监测

5.6.2二期监测

5.6.3三期监测

5.7本章小结

第6章挡土墙稳定性安全系数与可靠度指标的关系

6.1重力式挡土墙稳定性安全系数的计算

6.2重力式挡土墙设计实例分析

6.2.1工程实例简介

6.2.2工程实例计算结果

6.3安全系数与可靠度指标的关系曲线

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢

附录A攻读研究生期间发表的论文