加筋土坡内部稳定性的确定性分析及分项系数法

发布时间：2017-08-11 14:02

  本文关键词：加筋土坡内部稳定性的确定性分析及分项系数法

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【摘要】：加筋土坡因其填方量少、工期短、经济安全等优势在国内外已得到广泛应用,然而现有加筋土坡的理论发展较工程实践却相对滞后,故对加筋边坡设计相关的稳定性分析方法开展深入研究具有十分重要的意义。基于设定的在加筋土坡内倾斜界面不应穿越筋材的基本原则,作者探索了基于Donald和陈祖煜建立的倾斜条分上限解法理论框架下加筋土坡可能存在的三种合理滑移模式,并提出了基于库仑滑移模式的加筋土坡稳定性的确定性分析上限解法。在此基础上,提出对应的极限状态方程,并根据一次二阶矩法和验算点标定方法,编制Excel VBA程序计算加筋土坡的安全系数、可靠度指标以及分项系数,从而将加筋土挡墙的传统安全系数法扩展到可靠度分析的层面。并在相对安全率的概念上,将确定性分析方法与分项系数方法、可靠度分析方法的安全判据建立在同一风险控制标准之上。根据理论研究和算例分析所得到的主要结论如下：(1)根据筋材的隔断作用形成的斜向界面破坏模式,讨论可能存在的速度场,分别提出主动、库仑、被动三种滑移模式。通过计算比较发现,相应工程实践中普遍采用的加筋材料间距,最有可能的破坏模式将回归为相应直线滑裂面的库仑模式。故笔者提出采用基于库仑理论的斜条分上限解法作为加筋土坡的确定性分析方法。(2)由于筋材的铺设长度有限,且应考虑保证筋材发挥极限拉力的锚固长度,故在计算加筋土挡墙时还需判断搜索滑裂面与有效长度的各层筋材是否相交。由于实际加筋土挡墙的设计情况较为复杂,为此作者在陈祖煜团队已开发的EMU程序中增加了采用库仑模式计算加筋土挡墙安全系数的功能。(3)基于作者提出的利用库仑理论上限解法计算加筋土边坡安全系数方法的基础上,将可靠度分析应用于目标可靠度指标为3.7和允许安全系数为1.35(较未加筋边坡的规范值略高)的一个典型算例。假定填土的黏聚力c、摩擦系数f和筋材强度T的变异系数分别为0.2、0.1和0.07,获得对应分项系数标定值为γc=1.40,γf=1.25和γT=1.05,这一成果与国内外相关规定接近。(4)采用陈祖煜团队提出的相对安全率的概念,通过改变坡高、坡度和其他材料参数对上述标定值进行普适性论证,回归结果表明标定的允许安全系数和分项系数值与对应的可靠度指标具有同一风险控制标准。特别需要指出的是,随着坡度的增加相应安全指数的变化是平稳的,因此人为地以70°坡角为界,将结构分类为墙或边坡是没有必要的。(5)为方便工程设计快速查找安全系数或设计所需筋材间距,本文基于提出的库仑模式上限解确定性分析方法和分项系数方法,进行大量计算,分别开发了坡角为700、800、90°的加筋土坡安全设计图表。并针对多个工程实例简化边坡进行查表验算,认证了其可行性。(6)根据承德机场加筋土挡墙的实例验算,认为承德机场加筋土挡墙满足安全要求,并证实了简化的分项系数法与基于强度参数设计值的确定性分析方法安全程度基本相当,且变化趋势一致。而仅对筋材强度进行折减的传统安全系数方法,与基于强度参数设计值的确定性分析方法虽然安全程度几乎一致,但变化趋势不同。
【关键词】：加筋土边坡 筋材极限拉力 上限解法 库仑理论 最危险滑裂面 安全系数 确定性分析 可靠度分析 分项系数法 相对安全率 安全设计图表
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 加筋土技术的起源和发展概况13-15
• 1.2 加筋土的作用机理15-17
• 1.2.1 摩擦加筋机理15-16
• 1.2.2 准黏聚力原理16-17
• 1.3 加筋土挡墙的稳定性分析方法17-21
• 1.3.1 极限平衡理论17-18
• 1.3.2 极限分析法18-20
• 1.3.3 有限元法20-21
• 1.4 加筋土结构的可靠度研究21-30
• 1.4.1 可靠性定义21-23
• 1.4.2 可靠度指标23-26
• 1.4.3 可靠度计算方法26-27
• 1.4.4 加筋土坡可靠性分析研究现状27-30
• 1.5 本文的主要研究内容30-32
• 第二章 加筋土边坡稳定性分析的塑性力学上限解法32-48
• 2.1 引言32-33
• 2.2 斜条分上限解法计算原理33-35
• 2.2.1 机动可能的速度场33-34
• 2.2.2 功能平衡方程34-35
• 2.3 加筋土边坡的滑移模式35-37
• 2.3.1 不成立的滑移模式35-36
• 2.3.2 可能的滑移模式36-37
• 2.4 建立在3种可能滑移模式基础上的加筋土坡稳定分析方法37-39
• 2.4.1 主动滑移模式37-38
• 2.4.2 库仑滑移模式38
• 2.4.3 被动滑移模式38-39
• 2.4.4 加筋土坡的上限解求解模式39
• 2.5 可能滑移模式适用性探讨39-43
• 2.5.1 库仑滑移模式40
• 2.5.2 主动滑移模式40-41
• 2.5.3 被动滑移模式41-42
• 2.5.4 筋材长度对稳定性的影响42-43
• 2.6 库仑滑移模式的普适性分析43-46
• 2.7 工程案例分析46-47
• 2.8 本章小结47-48
• 第三章 加筋土边坡稳定分析的安全判据研究及分项系数法48-68
• 3.1 引言48-49
• 3.2 加筋土坡的确定性分析49-51
• 3.2.1 加筋土坡稳定性分析的上限解法49-50
• 3.2.2 基本算例50-51
• 3.3 关于加筋土坡安全判据的讨论51-53
• 3.3.1 安全系数判据51-52
• 3.3.2 可靠度指标判据52-53
• 3.3.3 分项系数判据53
• 3.4 加筋土坡的可靠度分析53-57
• 3.4.1 极限状态方程54
• 3.4.2 计算可靠指标的一次二阶矩法54-56
• 3.4.3 分项系数的标定方法56-57
• 3.5 普适性考核57-62
• 3.5.1 问题的提出57-60
• 3.5.2 各参数的普适性验证60-62
• 3.6 加筋土坡分项系数法的设计图表62-65
• 3.7 工程实例分析65-66
• 3.8 本章小结66-68
• 第四章 承德机场加筋土挡墙实际工程案例分析68-84
• 4.1 工程概况68-69
• 4.2 加筋土挡墙设计概况69-73
• 4.3 加筋土挡墙材料参数73-75
• 4.3.1 填土抗剪强度指标73-75
• 4.3.2 筋材力学性质75
• 4.4 加筋土挡墙稳定性分析75-82
• 4.4.1 传统确定性分析方法76-78
• 4.4.2 基于参数设计值的确定性分析方法78-80
• 4.4.3 分项系数分析方法80-82
• 4.5 本章小结82-84
• 第五章 结论与展望84-87
• 5.1 本文主要结论84-86
• 5.2 进一步研究的建议及展望86-87
• 参考文献87-94
• 附录94-96
• 作者简历及科研情况96

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