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《长安大学》 2003年
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基于可靠度理论的黄土高边坡优化设计

叶万军  
【摘要】: 本文以黄土高边坡坡型优化设计为主线,从黄土高边坡稳定性分析出发,建立了搜索最危险滑面的公式,在此基础上对黄土高边坡进行可靠性分析。最后,应用数学原理和优化原理,建立了黄土高边坡的优化模型,并用该模型对铜黄一级公路黄土高边坡进行分析验证。 首先,对黄土高边坡变形破坏的基本形式及其破坏机理进行了总结分析。根据野外调查和前人的研究资料,概括总结出黄土高边坡有如下几种破坏形式:滑塌、崩塌、坡面冲刷、坡面剥落掉块、坡体湿陷变形以及并不多见的泥流。黄土高边坡变形破坏模式可分为滑塌、滑坡模式,崩塌模式和坡面破坏模式等几种。 接着,作者将可靠性理论引入黄土高边坡稳定性分析中。黄土是在漫长的地质年代里形成,经历着各种变化中的过程,因此,其性质具有很大的变异性。在稳定性分析时,为了与现有的稳定分析体系保持一致,本文参考圆弧法的基本原理,将滑面假设为抛物线型,建立极限平衡方程,作为可靠度计算的前提。为了减少自由度,作者将滑面角度与横坐标联系起来,利用积分概念,建立了搜索最危险滑面的公式。并编制程序,实现计算机自动搜索。工程上常用一次二阶矩进行边坡可靠性分析,作者在用此方法分析的基础上,提出了更方便的两种方法:优化法和Fiessler迭代法。这两种方法方便、简单、实用。 最后,为了使边坡设计获得最佳工程效果,本文在崔政权建立的优化公式:C=A+Pf·B的基础上,全面考虑施工造价和风险造价,运用数学原理和优化理论,用费用—效益分析方法,以最小总期望造价为目标函数;以坡型、坡比为设计变量,以安全可靠为主要约束条件,建立了黄土高边坡的优化模型。该模型概念清楚、物理意义明确。作者编制程序,实现人机配合,“搜索”出可供设计人员参考的最优坡比、坡型设计方案。为了验证模型的实用价值,作者以铜黄一级公路某黄土高边为例进行优化分析。同时,作者还提出了铜黄一级公路常见黄土高边坡的坡型设计建议。
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