重力式擋土墻穩定性與可靠度分析

靳 靜，梁小勇

（河北科技大學 建筑工程學院，河北 石家莊 050018）

重力式擋土墻穩定性與可靠度分析

靳 靜，梁小勇

（河北科技大學 建筑工程學院，河北 石家莊 050018）

通過對重力式擋土墻的結構穩定性研究，利用重力式擋土墻穩定性的功能函數和有關結構可靠度的一次二階矩法的驗算方法分別分析了某重力式擋土墻各單失效模式的可靠指標.

重力式擋土墻；可靠度；穩定性；抗滑移；抗傾覆

當前有關擋土墻的計算設計中通常采用的是安全系數法，因為此方法中關于土的物理力學指標的隨機性并沒有考慮，所以在實際工程應用中某擋土墻按定值法估計的安全系數是完全符合的，但工程建成使用后很快就發生了破壞.基于這些原因，若是把可靠度理論用到擋土墻的計算設計工程實例中，擋土墻破壞的實例就可以減少很多.

1 重力式擋土墻各失效模式功能函數的建立

1.1 重力式擋土墻抗傾覆穩定性的功能函數

抗傾覆穩定分析中要滿足墻身繞墻趾不能發生傾覆破壞，可以表示為

其中，MR和MS分別為擋墻的抗傾覆力矩和擋墻的傾覆力矩.

得到擋墻穩定分析的的抗傾覆性功能函數為

式中，G為每延米重力式擋土墻的自重；Eax,Eaz分別為擋土墻的主動土壓力的水平和垂直分力；而x0,zf,xf分別為擋土墻的自身重力、土壓力的水平分量、垂直分量距墻趾的力臂.

1.2 重力式擋土墻抗滑移穩定性的功能函數

抗滑移穩定分析中要滿足墻身沿擋墻基底不發生滑移破壞，可以表示為

其中，FR和FS分別為擋墻的抗滑力和擋墻的滑動力.

由此得抗滑移穩定的功能函數為

其中，Gn，Gt分別為重力式擋土墻重力沿基底的垂直分量和平行分量；Ean，Eat分別為重力式擋土墻土壓力沿基底的垂直分量和平行分量；μ為擋土墻基底與土的摩擦系數；α0為擋土墻的傾斜角.

2 重力式擋土墻可靠度分析實例

圖1 重力式擋土墻實例計算簡圖

公路邊坡的重力式擋土墻結構如圖1所示.重力式擋土墻結構各部分尺寸分別為：H=5.0m，Bt=0.5m，Bs=0.15m，b=1.5m，h=0.4m，x0=1.1737m，xf=1.5690m，zf=1.6057m，z=1.8m，α=-0.85°，α0=0.85°.擋土墻的截面積為S=4.8580m2.混凝土重度γc=23kN/m3，回填土的黏聚力c=21kPa，內摩察角φ=27°.土的各項物理力學參數見1.為了表示清楚，分別以Xi(i=1,2,…5)代替各項物理指標參數φ0、δ、μ、γ、Pu.

表1 物理力學參數

綜合內摩擦角為

重力式擋土墻后填土為水平面且表面無荷載，其主動土壓力系數為

則主動土壓力為

擋土墻每米的重力為

2.1 抗傾覆穩定性可靠度指標的計算

抗傾覆穩定性功能函數對應于各自變量的偏導數分別為

其中，

利用驗算點法編制計算程序計算，該重力式擋土墻抗傾覆的可靠度指標的計算結果見表2.

表2 抗傾覆穩定性可靠度指標的計算結果

2.2 抗滑移穩定性可靠度指標的計算

同理，抗滑移穩定性功能函數的各偏導數分別為

其中，

利用驗算點法編制計算程序計算，該重力式擋土墻抗滑移的可靠度指標的計算結果見表2.

表3 抗滑移穩定性可靠度指標的計算結果

3 結語

本文采用驗算點法編制了可靠度計算程序，分析了土的各項指標參數對擋土墻穩定可靠性分析的影響，分析了重力式擋土墻抗傾覆穩定性、抗滑移穩定性的功能函數.把一次二階矩法中的驗算點用于某擋土墻實例計算了其穩定性失效模式的可靠度指標，通過分析該方法能在可靠度分析中進行應用推廣.

〔1〕高大釗.土力學可靠性原理[M].北京：中國建筑工業出版社，1989．

〔2〕余鈺.重力式擋土墻結構體系可靠度分析[D].蘭州：蘭州理工大學，2008．

〔3〕杜永峰，余鈺，李慧.重力式擋土墻穩定性的結構體系可靠度分析[J].巖土工程學報，2008，30(3)：349-353．

〔4〕王良，劉元雪.重力式擋土墻抗滑移的可靠度分析[J].重慶工商大學學報(自然科學版)，2005，22(6)：609-611.

U416.14

A

1673-260X（2014）02-0037-02

河北省科技支撐計劃項目（12215404）；河北省教育廳科技計劃青年基金項目（QN 20131155）