加筋土路堤整體穩定可靠度影響因素分析

李大毛

0 引言

加筋土技術由法國工程師亨利于20世紀60年代初發明,1979年傳到我國后,相繼修建了大量加筋土工程,加筋土路堤便是其中一個主要應用方向。目前,有關路堤邊坡可靠性研究仍然是國內外學者研究的熱點,許多學者對土質邊坡穩定可靠性進行了深入研究,設計方法正逐漸從極限平衡法的整體安全系數向極限狀態法的分項系數轉變[1],但是加筋土路堤可靠性研究就相對少得多,也沒有納入到我國1999年頒布的《公路工程結構可靠度設計統一標準》中,因此,在我國開展加筋土路堤的可靠性研究具有積極的意義。本文從現有的一些方法出發,將可靠度計算工程中所考慮的各種因素進行了基于灰色關聯理論的分析,得到各種影響的重要性程度,以便為加筋土路堤的設計中,重點考慮主要影響因素,為合理的加筋土路堤設計提供理論基礎。

1 可靠度計算

1.1 常用方法

目前,結構的極限狀態方程都基于公式(1)的抗力—荷載效應模型,現有可靠度計算方法多采用一次一階矩法計算結構可靠度,包括中心點法、驗算點法(JC法)、映射變換法、實用分析法、最優化方法等。

其中,R為抗力;S為荷載效應。

1.2 可靠度計算主要參數

加筋土路堤整體穩定性對填土粘聚力均值和填土內摩擦角均值十分敏感,粘聚力和內摩擦角越大,整體穩定性就越好,反之,路堤越容易失穩。因此設計當中應當選擇粘聚力和內摩擦角大的填土。筋材拉力的均值對于整體穩定可靠指標影響較大,采用高強度筋材對于提高加筋路堤抗拉穩定性有很大的幫助,設計中通常采用這種方法[1]。

本文將影響因素初步確定為填土重度,填土內摩擦角和粘聚力,所加筋材本身的強度。

2 灰色關聯理論

灰色關聯分析是對數據序列整體的比較,可作縱觀全局、全貌的分析。灰色關聯分析模型不是函數模型而是序關系模型。灰色關聯分析的技術內涵是獲取序列間的差異信息,建立差異信息空間,建立和計算差異信息比較測度(灰色關聯度),通過灰色關聯度來分析數據序列,模型流程圖見圖1。

3 影響因素的灰色關聯分析

3.1 數據參數

本文采用文獻[1]中的數據參數,計算對象為一路堤,其寬度為20 m,高度為15 m,邊坡坡率為1∶1,典型斷面尺寸如圖2所示。

表1 填土重度與可靠度指標

表2 填土粘聚力與可靠度指標

表3 填土內摩擦角與可靠度指標

表4 筋材拉力與可靠度指標

3.2 灰色關聯分析

將表1～表4中的重度,粘聚力,內摩擦角和筋材拉力數據提取出來,建立屬性矩陣A,然后將各屬性對應的可靠度指標作為相應列加入到屬性矩陣A中,構建目標矩陣B,然后按照灰色關聯分析流程進行計算分析。最終得到各影響因素的灰色關聯系數矩陣為[0.517 0.674 0.652 0.614],由灰色關聯系數矩陣可知,在加筋土路堤整體穩定性的可靠度影響因素中,粘聚力的影響程度最高,內摩擦角次之,填土重度影響度最低。

4 結語

通過本文分析,在進行加筋土路堤設計時,考慮其整體穩定性的可靠度時,需要重點研究填土的內摩擦角,粘聚力和筋材拉力,因為這三項與可靠度指標的關聯度高。當然,重度也是一個必須要考慮的因素,只是其相關系數稍低。實際上,對一個具體的加筋土路堤工程,要考慮的不僅僅是這幾種因素,其他因素也可以加入到屬性矩陣中進行研究。

[1] 凌建明,闕 云,黃琴龍,等.加筋土路堤整體穩定的可靠指標分析[J].勘察科學技術,2007(2):7-10.

[2] 梁本亮,劉建新.基于灰色關聯的混凝土耐久性影響因子分析[J].四川建筑科學研究,2009(4):75-80.

[3] 張文居.邊坡支擋結構可靠性設計探討[D].成都:成都理工大學,2004.

[4] 朱 崴,黃 昊,楊昭宇.公路邊坡穩定影響因素及分析方法[J].山西建筑,2009,35(12):277-278.

[5] 王選倉,王燕平,王秉綱.公路路堤結構可靠性設計方法研究[J].中國公路學報,1997,10(3):6-12.

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