, , , , , , , , , , , , , , , , , 抗滑桩的可靠性计算 锚杆的可靠性计算 锚杆抗滑桩系统可靠性的蒙特卡洛模拟 锚杆抗滑桩系统可靠度的最优分配模式 可靠指标的分配准则及方法 可靠性指标分配的准则 可靠性指标分配的方法 锚杆抗滑桩系统可靠度的最优分配 锚杆抗滑桩系统的全局优化设计研究 概述 优化设计的求解方法 单纯形法和复形法 利用中内置的规划求解程序求解最优化问题 锚杆抗滑桩系统的全局优化设计 锚杆抗滑桩系统全局优化设计的程序及其实现 锚杆抗滑桩全局优化设计的计算步骤 可靠性程序的实现 工程实例分析 工程概况 滑坡治理工程计算 工程初步设计 初步设计的可靠性分析 工程的优化设计 工程设计优化前后的比较 受荷段弯矩和剪力 锚固段的剪力和弯矩计算 经济效益的比较 结论 锚杆抗滑桩的研究现状 我国用抗滑桩治理滑坡始于世纪年代，首先是从铁道部开始的。 年铁道部第二勘测设计院在成昆铁路沙北号滑坡及甘洛车站号滑坡中首次采 用钢筋混凝土桩来加固滑坡，桩截面分别为等， 桩长为，桩间距为，锚固深度为桩长的半。之后，这种结构在 铁路路基工程中迅速推广。世纪年代湘黔线贵州境内全段采用抗滑桩处理 各类地质问题处，共计根桩，总延米长。在此期间，铁二院铁 道部科学研究院西北分院西南交大等单位对抗滑桩的设计与计算理论进行了深 入的研究，并将研究成果纳入铁路路基支挡结构设计规范中。年，铁 二院西南交大成都铁路局等单位在成昆铁狮子山滑坡工点进行了抗滑桩的破坏 性试验，实测了桩的弹性曲线位移转角弯矩土压力等资料，为理论研究 提供了基础数据。 预应力锚杆在国外应用于岩土工程可追溯到年阿尔及利亚的水电工程 坝体加固中。世纪年代，锚杆技术的推广速度很快。其设计理论与计算方 法也逐步得到完善。我国引进此项技术是以年在梅山水库加固右岸坝基为 标志的。随后，在铁路水利矿山和公路等领域得到广泛的使用。世纪 年代，随着锚杆技术的进步发展和成熟，在滑坡的治理工程中开始大量被采用。 年在四川阿坝州草坡水电厂马岭山隧洞滑坡治理中，采用预应力锚杆稳定 滑体取得成功。年代后，随着锚杆理论研究的进步深入和国内预应力材料 和施工费用的降低，更加促进了预应力锚杆的应用。在滑坡治理工程中，锚杆可 以单独运用来稳定滑体，也可以和抗滑桩组合形成锚杆抗滑桩的组合结构 形式。锚杆抗滑桩就是在抗滑桩的顶部或适当位置加设锚杆，增加个拉力后， 变抗滑桩的被动受力为主动受力，从而改变抗滑桩的悬臂式工作状态为接近简支 梁或其他超静定结构工作状态，使抗滑桩的受力更加合理，有效地减小了桩截面 尺寸，降低了工程造价。 国外的研究现状 国外有很多学者对抗滑桩的设计和计算理论进行了深入的研究和探讨，这方 面的文章见报诸多。作为种被动桩，抗滑桩是承受侧向水平荷载的结构物，虽 然工程应用的推广速度飞快，理论研究也在不断地的深入，但被动桩与土体的相 互作用是个非常复杂的课题，至今没有统的理论可以完全描述和表达。因此， 抗滑桩的设计理论直处于不断的探索和完善阶段。国外的研究多侧重于土坡变 形作用到桩体上的情况,尤其对海港工程堤坝工程中承受软粘土变形的被动桩 的研究较多。和等对承受土体侧向位移的桩进行研究 并得到些定性的资料，其成果反映出桩的破坏与土体的位移有着必然而紧密的 联系。和等根据试验量测的结果描述了桩内力与相应 的位移之间的定量的关系。国外的研究可以归纳为以下几种 压力法 和假定桩是刚性的，土体侧向位移和水平应力分布按 弹性方法计算。和以安全系数是否大于为界限，提出了不 同的计算公式。当安全系数小于时，先确定最危险的滑动面，然后按最大峰 值时力的平衡条件进行桩的内力计算。该法假定当安全系数小于时才出现了 压力的极限值，这种假定可能会造成计算结果的较大误差，与实际工程情况不相 符合。 位移法 与压力法相比较，考虑了桩土相互作用时的协调变形关系，从理论上来说， 应该更加合理更加切合实际情况。位移法的计算可以分为弹性法和地基反力法。 在地基反力法分析中，控制方程为 ，式中为地基反力系数， 为桩的位移，为土体的位移。土体的自由位移是由现场实测得到的，因此其 计算结果与实际工程的吻合程度较高，能够得到较满意的结果。此外， 等人提出的弹性法，其计算也能得到与实际较相致的结论。 有限单元法 有限单元法可以分为平面应变分析法和三维分析法。当采用平面应变分析法 时，桩用板桩墙来替代，其抗弯刚度等于桩土的平均抗弯刚度，这样就可以把桩 直接分为单元网格。等人使用三维有限元法分析时，土按线弹性模型 计算，结果与离心试验结果很接近。但此法非常复杂，很难用于设计计算。 国内的研究现状 与国外相比较，国内抗滑桩的研究与应用相结合，主要集中在对岩土体的加 固和边坡的防治上。般而言，普通抗滑桩的计算是把滑推力作为外荷载作用于 桩体上，桩与岩土体的相互作用又分为两种方法进行计算，是将桩以滑动面为 界，其上按剩余抗滑力计算，其下按地基系数法计算二是把整条桩按地基反力 法计算。 对于锚杆抗滑桩的研究，国外较少涉及，而我国因为工程中的广泛应用，理 论水平位居世界前列。国内许多学者都对这课题进行过分析和研究，如周德培 曾德荣刘小丽等等。本人目前也正在参与导师门玉明教授主持的国家自然科学 基金资助项目基于可靠性理论的锚杆抗滑桩系统的全局优化设计。此 文也正是在导师的精心指导下完成的。 有关锚杆抗滑桩的论文在多种文献中都有报道，下面简单的介绍国内这研 究领域的现状。 抗滑桩的研究 在抗滑桩的设计计算中，滑推力是作为已知外荷载直接作用于桩体上的，但 对于滑推力的计算方法却不尽相同，其计算结果也各有所异。林鲁生等通过 分析和反分配计算，提出了当边坡坡段的实际安全系数小于许用安全系数时， 桩的抗力可取该坡段的剩余推力，其分布形式为梯形，合力作用点在滑坡体离滑 动面滑坡体高处。张利洁等在分析了直接将剪出口的推力差值 设桩处的推力差值和比较以上两项而取其大值作为设计推力值的不足的基础上， 提出应将取为设计推力值，式中为设桩处的推力差值，为向下的 传递系数。 分类号 长安大学 硕士学位论文 基于可靠性的锚杆抗滑桩全局优化设计研究 杨向军 指导教师姓名长安大学门玉明教授 申请学位级别硕士学科名称地质工程 论文提交日期论文答辩日期年月日 学位授予单位长安大学 答辩委员会主席关文章教授级高工 学位论文评阅人关文章倪万魁 年月日 硕士学位论文 基于可靠性的锚杆抗滑桩全局优化设计 专业名称地质工程 研究方向土体力学 研究生杨向军 指导教师门玉明教授 年月 摘要 锚杆抗滑桩是用于加固坡体和治理滑坡的种非常有效的工程措施。它是 在抗滑桩的顶部或适当位置设置锚杆，给抗滑桩增加个拉力，使抗滑桩的受力 和内力分布更加合理，因此可以减小抗滑桩的截面尺寸，节约大量的工程投资。 在国内，锚杆抗滑桩的应用数量非常大，但对其计算方法和设计理论的研究明显 滞后于工程实践。为此，许多学者都在致力于锚杆抗滑桩的理论研究工作，并 取得了定的成绩。目前，锚杆抗滑桩的理论研究主要是在确定性分析基础上 进行的，然而岩土体本身岩土体与结构相互作用的特性决定描述它们的参数具 有非常大的变异性，再加上计算模式的不确定性，对这些因素的确定性处理会造 成计算结果很大的误差。因此，更加合理的计算应该是用概率统计的数学手段来 解决问题。 本文基于锚杆抗滑桩的研究现状，在可靠性分析的基础上，对锚杆抗滑 桩结构系统的全局优化问题进行了研究。 论文首先简单的介绍了土木工程可靠性分析的发展历程可靠性分析的基本 理论。依据目前锚杆抗滑桩的研究成果，介绍了锚杆抗滑桩的结构力学计算 方法，该方法综合考虑了抗滑桩和锚杆受力后的协调变形关系，因此它是现阶段 理论计算中最合理的计算方法。 通过综合比较，鉴于目前描述岩土体参数的特征以及这些参数的统计分析资 料，选择岩土体的粘聚力内摩角和混凝土轴心抗压强度作为随机变量，其 余计算参数作为确定值进行可靠性分析和计算时，采用对问题的维数不敏感的 蒙特卡罗数值模拟，通过混合同余法产生伪随机数，根据正态分布随机变量的抽 样产生随机变量的抽样值。因为工程设施的可靠性是小概率事件，对于小概率事 件的蒙特卡洛模拟，如果运用直接蒙特卡洛方法会造成计算工作量的过大，为了 节约计算费用，本文采用减小方差效果非常好的重要抽样法产生随机变量。编制 了程序对锚杆抗滑桩的可靠性进行数字模拟。 在分析锚杆抗滑桩系统可靠性的基础上，将系统分解为锚杆和抗滑桩两个 级子系统，将抗滑桩分解为三个二级子系统，根据等分配原理进行了可靠度的 分配，并建立了锚杆抗滑桩系统可靠度的最优分配模式。 在环境下，利用强大的计算分析功能，建立了锚杆抗滑桩 系统最优化的目标函数和约束条件的数学模型，通过规划求解程序对锚杆抗 滑桩系统实现全局优化。 最后，选择延安宝塔山号滑坡作为工程实例，根据本文的研究成果计算 分析了设计方案的可靠性，并作了相应的优化设计，比较了普通抗滑桩方案锚 杆抗滑桩优化前方案和锚杆抗滑桩优化后三种方案的经济效益，验证了本文研 究成果的可行性。 关键词锚杆抗滑桩可靠性分析最优分配模式全局优化 本文得到国家自然科学基金资助 , , , , , , , , , , ,