摘要：公路工程經(jīng)常采用土釘墻作為一種臨時(shí)性的支護(hù)工程，人們最為關(guān)心的是該支護(hù)工程的完成預(yù)期目標(biāo)的可能性。從工程事故的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看，施工階段是事故發(fā)生高危階段。本文結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例，采用可靠性的方法，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型重點(diǎn)對(duì)土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的失效風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)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(jì)算失效概率
本邊坡等級(jí)為二級(jí)，按《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ08-11-1999的規(guī)定，當(dāng)土體水平位移大于1/3邊坡開挖深度23mm時(shí)，認(rèn)為邊坡發(fā)生破壞。開挖過(guò)程的模擬采用ANSYS提供的概率分析（PDS）模塊，編制了基于APDL語(yǔ)言的計(jì)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(duì)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(duì)地面附加荷載做當(dāng)量正態(tài)化，以便利用高斯分布進(jìn)行計(jì)算。
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本例作如下假設(shè)：
1、不考慮地下水對(duì)土釘支護(hù)的影響，即認(rèn)為降水方案已經(jīng)把地下水降到設(shè)計(jì)要求的深度或計(jì)算范圍內(nèi)的土體位于地下水位以上；
2、不考慮開挖過(guò)程的時(shí)空效應(yīng)；
3、忽略土釘長(zhǎng)度、開挖深度等參數(shù)的變異性，按常量考慮。
支護(hù)的可靠性驗(yàn)算，應(yīng)該對(duì)每一工況的失效概率進(jìn)行計(jì)算。鑒于計(jì)算方法的相似性，僅對(duì)最后一個(gè)工況進(jìn)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(jìn)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(jī)變量，采用超拉丁法進(jìn)行模擬計(jì)算，考慮到計(jì)算速度和結(jié)果的收斂性，確定模擬次數(shù)為200次。計(jì)算結(jié)果如下：
在置信度為95%的情況下，節(jié)點(diǎn)A的水平位移大于23mm的概率為0.0455694，即該支護(hù)最后一個(gè)工況的失效概率為4.56%。
3、結(jié)果分析
當(dāng)采取有效措施加強(qiáng)施工過(guò)程的管理后，土釘長(zhǎng)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(duì)土釘穩(wěn)定性的影響。而土體相關(guān)變量?jī)?nèi)摩擦角、粘聚力等的不確定性會(huì)成為土釘穩(wěn)定的主要影響因素。通過(guò)采用上述方法，可以分別計(jì)算出施工階段各個(gè)工況下支護(hù)結(jié)構(gòu)的失效概率，當(dāng)概率超過(guò)一定界限時(shí)，就應(yīng)該采取有效措施對(duì)邊坡穩(wěn)定進(jìn)行控制。
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