黄土路堑高边坡优化设计理论和方法研究

【摘要】：基于黄土地区大量的公路建设工程实际经验，利用西部地区丰富的黄土高边坡实例资料和国内外同类研究成果，以系统优化理论为主导思想，以黄延公路路堑高边坡为重点依托工程，结合室内外试验，将工程地质学、土力学、热力学、数学、运筹学、现代计算方法及计算机模拟技术等多学科的理论与方法融于黄土路堑高边坡优化设计理论与方法的研究之中，提出了一套全新的黄土路堑高边坡优化设计的理论和方法。通过对典型黄土边坡工程实例的计算，表明该理论和方法可为黄土路堑高边坡断面的合理设计提供一套更安全可靠、更经济可行、施工更方便、路容更美观的理论依据及技术指导。本文的研究对完善现有规范，以便适应我国黄土地区飞速发展的公路建设事业具有重要的现实意义。 论文取得的主要成果如下： 1．根据黄土路堑高边坡滑裂面的实际调研结果，将滑裂面形状简化为抛物线形，基于条分法的思路，建立了稳定性评价公式，提出了一种快速搜索最危险滑裂面的方法。实践证明该方法简单，快速，便于推广。 2．根据力学原理及能量守恒原理，建立了黄土路堑边坡综合坡角的理论公式。由于在公式推导过程中充分考虑了土体开挖后的应力变化及其力学性质，使综合坡角设计有了理论基础，避免了盲目性。 3．通过确定黄土路堑高边坡的设计变量、目标函数和约束条件，建立了基于最小费用法的路堑边坡最优化设计模型。将Fiessler提出的可靠度计算法用于黄土高边坡可靠度计算，该方法与标准化变量一起使用，比JC法更为方便。 4．通过室内外冲刷试验，结合理论推导，建立了基于坡面稳定(抗冲刷)的黄土路堑边坡优化设计模型。 5．基于模糊优化的理念，建立了基于主客观权重综合模糊识别的黄土路堑高边坡合理断面优化决策法。模型有效地组合了主客观权重，可获得较为客观且系统的不同情况下的优化决策结果。由于模型避免了决策或评价结果的主观随意性，因此减少了目标的客观权重与实际情况之间的误差。 6．首次运用熵权双基点的概念，建立了黄土路堑高边坡防护熵权双基点决策优选模型，可借以获得更适合于具体黄土高边坡的防护方案。该优选方法能很好地反映人们对一个方案的理解能力的不确定性，可以在只有判断矩阵而没有专家权重的情况下确定出可信度较高的优选方案。工程实例表明本方法排序结果准确、可操作性较强，具有一定的推广价值。 7．根据坡面流理论，推导出坡面产流公式：ω=ξqL。该公式充分考虑了坡