硕士论文：基于可靠性的锚杆抗滑桩全局优化设计研究.doc

分类号: P642 10710  22285 长 安 大 学 硕 士 学 位 论 文 基于可靠性的锚杆抗滑桩全局优化设计研究 杨向军 指导教师姓名 长安大学 门　玉　明 教授 申请学位级别 硕士 学 科 名 称 　地质工程 论文提交日期 2005.5 论文答辩日期 2005年5月27日 学位授予单位 长安大学 答辩委员会主席： 关文章 教授级高工 学位论文评阅人： 关文章　　　　倪万魁 2005年 5月27 日 硕 士 学 位 论 文 基于可靠性的锚杆－抗滑桩全局优化设计 　　　　　 专业名称：　地质工程 　　　研究方向：　土体力学 研 究 生：　杨　向　军 指导教师：　门　玉　明 教授 2005年5月 摘 要 锚杆－抗滑桩是用于加固坡体和治理滑坡的一种非常有效的工程措施。它是在抗滑桩的顶部或适当位置设置锚杆，给抗滑桩增加一个拉力，使抗滑桩的受力和内力分布更加合理，因此可以减小抗滑桩的截面尺寸，节约大量的工程投资。在国内，锚杆抗滑桩的应用数量非常大，但对其计算方法和设计理论的研究明显滞后于工程实践。为此，许多学者都在致力于锚杆－抗滑桩的理论研究工作，并取得了一定的成绩。目前，锚杆－抗滑桩的理论研究主要是在确定性分析基础上进行的，然而岩土体本身、岩土体与结构相互作用的特性决定描述它们的参数具有非常大的变异性，再加上计算模式的不确定性，对这些因素的确定性处理会造成计算结果很大的误差。因此，更加合理的计算应该是用概率统计的数学手段来解决问题。 本文基于锚杆－抗滑桩的研究现状，在可靠性分析的基础上，对锚杆－抗滑桩结构系统的全局优化问题进行了研究。 论文首先简单的介绍了土木工程可靠性分析的发展历程、可靠性分析的基本理论。依据目前锚杆－抗滑桩的研究成果，介绍了锚杆－抗滑桩的结构力学计算方法，该方法综合考虑了抗滑桩和锚杆受力后的协调变形关系，因此它是现阶段理论计算中最合理的计算方法。 通过综合比较，鉴于目前描述岩土体参数的特征以及这些参数的统计分析资料，选择岩土体的粘聚力C、内摩角φ和混凝土轴心抗压强度作为随机变量，其余计算参数作为确定值；进行可靠性分析和计算时，采用对问题的维数不敏感的蒙特卡罗数值模拟，通过混合同余法产生伪随机数，根据正态分布随机变量的抽样产生随机变量的抽样值。因为工程设施的可靠性是小概率事件，对于小概率事件的蒙特卡洛模拟，如果运用直接蒙特卡洛方法会造成计算工作量的过大，为了节约计算费用，本文采用减小方差效果非常好的重要抽样法产生随机变量。编制了程序对锚杆－抗滑桩的可靠性进行数字模拟。 在分析锚杆－抗滑桩系统可靠性的基础上，将系统分解为锚杆和抗滑桩两个一级子系统，将抗滑桩分解为三个二级子系统，根据等分配原理进行了可靠度的分配，并建立了锚杆－抗滑桩系统可靠度的最优分配模式。 在MS Excel环境下，利用Excel强大的计算分析功能，建立了锚杆－抗滑桩系统最优化的目标函数和约束条件的数学模型，通过“规划求解”程序对锚杆抗滑桩系统实现全局优化。 最后，选择延安宝塔山1号滑坡作为工程实例，根据本文的研究成果计算分析了设计方案的可靠性，并作了相应的优化设计，比较了普通抗滑桩方案、锚杆－抗滑桩优化前方案和锚杆抗滑桩优化后三种方案的经济效益，验证了本文研究成果的可行性。 关键词：锚杆抗滑桩 可靠性分析 最优分配模式 全局优化 本文得到国家自然科学基金资助 Abstract Anti-slide pile with anchored rod is an efficient method to strengthen and treat landslide. Anchored rod at the top of or other appropriate position of anti-slid pile can supply a tension for anti-slid pile, make the applied loads and the stresses of it distribute more rational (reasonable), thus, the dimension of anti-slid pile can be reduced. As a result the cost of it can be reduced largely. In the nation, anti-sl