重力式挡土墙稳定性的可靠度理论分析

时间:2022-10-22 06:54:04

重力式挡土墙稳定性的可靠度理论分析

摘要:倾覆失稳和滑移失稳是重力式挡土墙结构发生失稳的两种最主要的模式,在工程中比较常见。对于重力式挡土墙稳定性的结构体系失效概率的计算步骤:首先要建立能够反映结构抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性的功能函数,然后利用所得的功能函数,运用结构可靠度分析中的JC法分别对两种失效模式进行迭代计算出相应的可靠度指标。挡土墙结构的倾覆失稳和滑移失稳被认为是一个串联系统,需运用逐步等效平面法计算其结构体系可靠度指标,最后计算出该挡土墙稳定性的结构体系失效概率。综上,再利用 MATLAB编程,分别用JC法和蒙特卡洛法计算出某挡土墙的结构体系可靠度指标和失效概率。

关键词:重力式挡土墙;稳定性;结构体系可靠度;验算点法;等效平面法;蒙特卡洛法

0、引言

重力式挡土墙结构是我国目前最常用的,而且在工程中被认为比较简单的一种挡土墙。重力式挡土墙结构最常见的失稳模式是倾覆失稳和滑移失稳,因此对这两种失稳模式的研究是很必要的。传统上主要采用以安全系数为度量指标的定值法来分析重力式挡土墙稳定性,但定值法不足之处在于无法充分考虑土的各项物理力学指标的随机性,有一定误差。导致一些挡土墙通过定值法估计得出的安全系数是足够的,认为该挡土墙是安全的,但是往往在一段使用后很快就发生了工程问题。给工程带来了巨大的经济损失,为了克服此方法的缺点,人们通过不断的努力发展了一门能够更好解决工程问题的新学科――结构可靠度。

近年来,对重力式挡土墙的稳定性研究方面,人们主要是利用可靠度理论分析的方法不断研究,不断更新方法。如王良等运用一次二阶矩法中的中心点法计算了忠州隧道进洞口道路挡土墙的抗滑移可靠度。蔡阳则在研究重力式挡土墙的可靠度设计方法中,对概率极限状态设计中分项系数的确定进行了较为系统的讨论。虽然较之前的安全系数法较好,但不足之处是他们只考虑一种破坏模式,对于各个破坏模式之间存在的相互关系,他们没有做出进一步分析。他们的计算结果也不可能准确的反映出挡土墙结构稳定的可靠性,其结果也是不令人满意的。靳静、梁小勇通过用结构可靠度的一次二阶矩法的验算方法和重力式挡土墙稳定性的功能函数分别计算出某重力式挡土墙各单失效模式的可靠指标。虽然他们考虑的因素比较齐全,但对各失效模式之间的相互影响没有进行分析,也就是对结构整体性没有进行可靠度分析。而杜永峰等则是先建立重力式挡土墙结构抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的功能函数,然后利用JC法分别计算了两种失效模式时的可靠指标。他们考虑了两种失稳模式的相互影响,视它们为串联系统。运用逐步等效平面法计算结构体系可靠度指标,最后用结构体系可靠度指标计算出该挡土墙稳定性的结构体系失效概率。该方法考虑的因素较之前的结果比较可靠。但所运用的方法比较复杂,而且JC法相对蒙特卡罗法来说其精度不如后者。蒙特卡罗法可以直接有效的模拟结构体系的可靠度,计算结果相对其他方法较为精确。本文主要是通过比较说明蒙特卡罗法在重力式挡土墙的稳定性分析方面更为理想。

1、基本原理

目前,蒙特卡罗法被认为是一种相对精确法,它所涉及的原理基于概率定义。即,先大量随机抽取影响了结构可靠度的随机变量,然后将抽取的抽样值一组一组地带入所得到的功能函数式,通过计算求出结果,分析后确定结构失效与否,最后从中求得结构的失效概率。

2、结构体系可靠指标分析

对结构体系可靠度的研究不仅仅只是单方面的,而是要考虑各个影响因素,通过多个功能函数解决结构可靠度问题。对于一个结构它的失效总是由多干失效模式组成,如果多个失效模式中任意一个失效模式发生时就导致结构的整体破坏,则认为该结构体系为串联系统;对于当只有全部失效模式都发生时才导致的结构整体破坏则认为是结构体系的并联系统。串联系统和并联系统在结构体系可靠度的计算问题中是考虑最多的两种可靠度的计算方式。而对重力式挡土墙来说发生倾覆失稳或滑移失稳时都会导致结构破坏,因此,它们被视为串联系统来进行分析计算。

3、计算实例

4、结论

本文通过计算某挡土墙的稳定性,对JC法和蒙特卡罗法作了比较性计算,相比较JC法,蒙特卡罗法不受随机变量的分布概型的影响,无需因当量正态化而带来误差,其计算精度较高,不足之处就是计算量较大,但随着计算机的发展蒙特卡罗法在重力式挡土墙设计计算中会越来越普遍。

参考文献:

[1]王良,刘元雪.重力式挡土墙抗滑移的可靠度分析[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2005

[2]蔡 阳.重力式挡土墙可靠度研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2005.

[3]杜永峰,李 慧,金德保,等.大震下被动与智能隔震结构动力可靠度对比[J].地震工程与工程振动,2006

[4]杜永峰等.重力式挡土墙稳定性的结构体系可靠度分析[J].岩土工程学报. 2008

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