摘要：公路工程經(jīng)常采用土釘墻作為一種臨時性的支護工程，人們最為關(guān)心的是該支護工程的完成預(yù)期目標的可能性。從工程事故的統(tǒng)計分析來看，施工階段是事故發(fā)生高危階段。本文結(jié)合一個工程實例，采用可靠性的方法，通過建立數(shù)學(xué)模型重點對土釘墻支護結(jié)構(gòu)的失效風(fēng)險概率進行分析。
1、工程概況
本文以某工程為例，該工程邊坡挖深6.8米，坡角取75o，土釘入射角15o，土釘水平間距取1米，開挖部分土層主要參數(shù)。
2、建立模型計算失效概率
本邊坡等級為二級，按《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DGJ08-11-1999的規(guī)定，當土體水平位移大于1/3邊坡開挖深度23mm時，認為邊坡發(fā)生破壞。開挖過程的模擬采用ANSYS提供的概率分析（PDS）模塊，編制了基于APDL語言的計算程序，采用蒙特卡洛數(shù)值模擬中的超拉丁法，其中隨即變量取為：粘聚力c服從對數(shù)正態(tài)分布，內(nèi)摩擦角φ服從正態(tài)分布，施工期間的地面附加荷載q服從極值I型分布。ANSYS中未提供極值I型分布，故需要首先對地面附加荷載做當量正態(tài)化，以便利用高斯分布進行計算。
為了簡化計算，本例作如下假設(shè)：
1、不考慮地下水對土釘支護的影響，即認為降水方案已經(jīng)把地下水降到設(shè)計要求的深度或計算范圍內(nèi)的土體位于地下水位以上；
2、不考慮開挖過程的時空效應(yīng)；
3、忽略土釘長度、開挖深度等參數(shù)的變異性，按常量考慮。
支護的可靠性驗算，應(yīng)該對每一工況的失效概率進行計算。鑒于計算方法的相似性，僅對最后一個工況進行失效概率分析。首先在ANSYS前處理模塊中編寫命令流，得到宏文件gailv2.mac，然后進入概率分析模塊（ProbDesign），定義粘聚力、內(nèi)摩擦角、附加荷載為隨機變量，采用超拉丁法進行模擬計算，考慮到計算速度和結(jié)果的收斂性，確定模擬次數(shù)為200次。計算結(jié)果如下：
在置信度為95%的情況下，節(jié)點A的水平位移大于23mm的概率為0.0455694，即該支護最后一個工況的失效概率為4.56%。
3、結(jié)果分析
當采取有效措施加強施工過程的管理后，土釘長度、土釘傾角、墻體高度等的變異性將大大減小，可以忽略這些變量對土釘穩(wěn)定性的影響。而土體相關(guān)變量內(nèi)摩擦角、粘聚力等的不確定性會成為土釘穩(wěn)定的主要影響因素。通過采用上述方法，可以分別計算出施工階段各個工況下支護結(jié)構(gòu)的失效概率，當概率超過一定界限時，就應(yīng)該采取有效措施對邊坡穩(wěn)定進行控制。
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