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篇(1)

關(guān)鍵詞：教學方法；《工程結(jié)構(gòu)可靠度》；土木工程

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0078-03

隨著科技的發(fā)展，土木工程的相關(guān)規(guī)范已經(jīng)逐步過渡到基于概率的設計方法，即考慮結(jié)構(gòu)可靠度的設計方法。1998年出臺了國際標準，《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》ISO2394：1998，2002年，考慮結(jié)構(gòu)可靠度的歐洲新規(guī)范《結(jié)構(gòu)設計基礎》（EN1990：2002）出臺，2008年，我國的新國家標準《工程結(jié)構(gòu)可靠性設計統(tǒng)一標準》頒布。規(guī)范頒布至今時間不長，相關(guān)的教育教學還不完善。目前本科階段沒有《結(jié)構(gòu)可靠度》這門課，土木研究生只是選修課。本文針對我校研究生的現(xiàn)狀，談談《工程結(jié)構(gòu)可靠度》這門課的教學和體會。

一、《結(jié)構(gòu)可靠度》開設的必要性

《工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》1992年第一版頒布以來，各土木行業(yè)也陸續(xù)頒布了相應的可靠度統(tǒng)一標準，包括港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準（GB50158—92），水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準（GB50199—94），鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準（GB50216—94），公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準（GB/T50283—1999）。2008年第二版的《工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》，對第一版進行了修訂并增加了對既有結(jié)構(gòu)可靠性的評定?！督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB50068-2001）也是修訂版。各標準的執(zhí)行，標志著普遍設計方法的進步，它從原規(guī)范的經(jīng)驗系數(shù)法轉(zhuǎn)到以概率為基礎的極限狀態(tài)設計法。這種設計方法的轉(zhuǎn)變，具有普遍性，涉及到結(jié)構(gòu)工程的各種行業(yè)，包括土木、水電、建筑、鐵路、公路、港口等等。相關(guān)的從業(yè)工程技術(shù)人員也經(jīng)歷了以經(jīng)驗為主的安全系數(shù)法的舊規(guī)范到基于可靠度理論的極限狀態(tài)法設計的新規(guī)范的“轉(zhuǎn)軌”。新近入行的技術(shù)人員不必“轉(zhuǎn)軌”，直接采用新規(guī)范，但新規(guī)范的基礎——可靠度理論，只在極少數(shù)大學開設，這造成了理論與實踐的脫節(jié)，學生從業(yè)后對規(guī)范理解不夠深入和透徹。面對規(guī)范的“轉(zhuǎn)軌”，我校的相應教學還沒跟上，作為規(guī)范的核心內(nèi)容工程結(jié)構(gòu)可靠度原理在本科階段是不學的。事實上，為了方便學生以后從事土木工程，需要在本科生階段就進行教學，可以在本科生高年級開設。目前只在研究生階段學習，除了了解基于可靠度的規(guī)范外，也為學生科研提供了新方法，開拓了視野。

二、《工程結(jié)構(gòu)可靠度》教學體系探討

《工程結(jié)構(gòu)可靠度》教學體系，應包括可靠度分析的基本方法，可靠度方法在不同地區(qū)、不同行業(yè)的實施情況，即規(guī)范，可靠度研究的進展情況，讓學生對可靠度在土木行業(yè)的應用和研究有較深入的理解，為學生的研究開闊視野。具體分析有以下幾點。

1.教學目的?！督Y(jié)構(gòu)可靠度分析》是為土木研究生開設的課程。本課程主要介紹結(jié)構(gòu)分析中的可靠度理論、方法和應用。目前我國工程結(jié)構(gòu)設計，已從傳統(tǒng)的安全系數(shù)的方法轉(zhuǎn)變?yōu)榛诳煽慷壤碚摰臓顟B(tài)設計方法。傳統(tǒng)的設計方法沒有充分考慮設計參數(shù)的不確定性，而可靠度理論則較充分地考慮了參數(shù)的隨機變異性，廣義可靠度則還能進一步考慮模糊不確定性和未確知性，是結(jié)構(gòu)設計理論與實踐發(fā)展的必然方向。課程目的是通過教學讓學生學會從隨機概率分析的角度來處理力學和結(jié)構(gòu)問題。

2.教學內(nèi)容選擇。工程結(jié)構(gòu)可靠度教學采用的教材是《工程結(jié)構(gòu)可靠性設計原理》，參考教材是《結(jié)構(gòu)可靠度理論》，內(nèi)容包括：工程結(jié)構(gòu)可靠度研究歷史簡介，傳統(tǒng)設計方法和半概率設計方法，中心點法——次二階矩理論之一，驗算點法——次二階矩理論之二，荷載及抗力的統(tǒng)計分析，近似概率法的應用，材料性能的質(zhì)量要求和控制，以及工程結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展中的幾個問題。本課程學習的重點是一次二階矩理論、概率極限設計實用表達式和結(jié)構(gòu)體系可靠度。由于是研究生課程，在講授時增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性與抗倒塌設計，既有結(jié)構(gòu)可靠性評估，又有巖土工程可靠度等內(nèi)容，為學生科研提供參考。

3.教學方法。當今教育注重知識講授與能力培養(yǎng)的統(tǒng)一。知識是能力的基礎，能力是已獲知識應用的手段和體現(xiàn)。（1）在課堂教學方法上，采用小班教學，課堂教學方式相對比較靈活。根據(jù)教學內(nèi)容的不同可采用講解、回答問題、討論、自學等多種教學方式。（2）將多種教學手段引入教學體系。除常規(guī)教學手段外，還可采用多媒體技術(shù)，比如ppt、視頻、動畫，以形象直觀地展示教學內(nèi)容，使學生理解更加容易，另外，由于土木工程的普遍性，還可以采用帶學生現(xiàn)場參觀的形式，拉近課堂與現(xiàn)實的距離。這些教學表現(xiàn)形式的多樣化，大大提高了教學效率和質(zhì)量。（3）提升學生的科研意識。課堂上重視科研現(xiàn)狀和科研前沿的介紹，讓學生了解相關(guān)方面的研究情況。

4.重視應用網(wǎng)絡。在互連網(wǎng)發(fā)達的今天，學生上網(wǎng)幾乎成了習慣。充分利用這個條件，讓學生從網(wǎng)上搜集資料，自己了解和解決一些對他們相對有難度的問題。培養(yǎng)學生搜集、查閱資料、綜合資料的基本科研能力。

5.提高教師素質(zhì)。教師的素質(zhì)直接關(guān)系著教學的質(zhì)量和效果。深厚的基礎理論和廣博的專業(yè)知識，一定的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，相當?shù)目茖W研究能力，是對現(xiàn)代大學教師的時代要求。教師須注重調(diào)整知識結(jié)構(gòu)體系，努力學習新技術(shù)，才能保證在教學中有效地提高講授的質(zhì)量，較好地提升學生的工程意識和科研意識。當然，作為教師的一般素質(zhì)要求的提升也不可懈怠，比如表達能力、與學生互動的能力、敏感捕捉學生疑惑點的能力等。教師自身素質(zhì)的提升，是保證土木《工程結(jié)構(gòu)可靠度》良好教學效果的動力和源泉。

三、《工程結(jié)構(gòu)可靠度》教學實踐總結(jié)

結(jié)合教學實踐，下面是對《工程結(jié)構(gòu)可靠度》的教學實踐總結(jié)。

1.精心組織教學，全力保證教學質(zhì)量。在學生掌握結(jié)構(gòu)可靠度教學目的的基礎上，讓學生學會如何把結(jié)構(gòu)可靠度用于自己的研究領(lǐng)域；利用多樣化的教學手段，培養(yǎng)學生理解、解決實際問題的能力。

2.拓展課堂教學，開展多層次多種形式的教學活動。對于可靠度相關(guān)的概率、數(shù)理統(tǒng)計、隨機振動等數(shù)學知識，采用重點講解與學生自主學習相結(jié)合，對于規(guī)范現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，科研現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，在課堂講解時穿行，開設與教學內(nèi)容相關(guān)的專題講座，開拓學生的視野，對可靠度有較深入的了解。結(jié)果表明：通過學習拓展、前沿講解和專題講座，學生鞏固了所學知識，開闊了視野，豐富了結(jié)構(gòu)可靠度的教學內(nèi)容。

3.結(jié)合科研與實際工程，提升教師素質(zhì)。做好科研課題，積極參加實際工程，可以有效提升教師的素質(zhì)。做好科研，才能把握土木結(jié)構(gòu)可靠度的快速發(fā)展，及時調(diào)整知識結(jié)構(gòu)，拓展知識面，了解新技術(shù)和新方法。積極參加實際工程，才能提高動手能力，增強工程素質(zhì)。實踐表明：通過將科研和工程實踐成果引入教學，能深入淺出，避免紙上談兵，有效增強教學效果。

4.考核辦法?？己瞬捎闷綍r成績和寫論文的形式，由于是小班，學生本科學習的背景不一樣，每個學生的論文題目和方向是不一樣的，迫使其獨立完成。經(jīng)學生的實踐說明，這種考核方法是適合該課程特點的一種較好的考試辦法。它既可以促進學生掌握可靠度的基本內(nèi)容，又可以增強學生分析問題和解決問題的能力，并對以后的碩士論文撰寫有幫助。

四、結(jié)束語。

在結(jié)構(gòu)可靠度的教學實踐中，有如下幾點體會：（1）課程內(nèi)容應盡可能地反映學科領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。課堂講義應反映一些較成熟的、工程上適用的較新研究成果，著重從方法和思路方面加以講解。（2）教學與學生擴展閱讀、自己查資料、寫論文相結(jié)合。培養(yǎng)學生自己就某個方向收集資料、提煉觀點的能力。（3）針對部分學生本科教學的背景差異，在課堂講授時，做一些查漏補缺的教學。該部分應簡單易懂，并給出進一步閱讀的參考書目或網(wǎng)址，以方便學生拓展閱讀。（4）教學與科研相結(jié)合。高水平的教學離不開科研，科研與教學相互促進，高質(zhì)量的教學需要高質(zhì)量科研的融入。

參考文獻：

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[2]GB50158—92，港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準[S].北京：中國計劃出版社，1992.

[3]GB50199—94，水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準[S].北京：中國計劃出版社，1994.

[4]GB50216—94，鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準[S].北京：中國計劃出版社，1994.

[5]GB/T50283—1999，公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準[S].北京：中國計劃出版社，1999.

[6]趙國藩，貢金鑫，趙尚傳.我國土木工程結(jié)構(gòu)可靠性研究的一些進展[J].大連理工大學學報，2000，（3）.

[7]中華人民共和國國家標準，工程結(jié)構(gòu)可靠性設計統(tǒng)一標準（GB50153-2008）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[8]GBJ68—84，建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1984.

[9]貢金鑫，魏巍巍.工程結(jié)構(gòu)可靠性設計原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007

篇(2)

關(guān)鍵詞：使用性能 檢測周期 衰變方程 可靠度

1 我國高速公路瀝青路面的檢測現(xiàn)狀

目前，我國高速公路路面養(yǎng)護、檢測手段基本上仍以低等級公路的檢測與養(yǎng)護思路為主，即主要靠養(yǎng)護巡查(肉眼判斷為主)，僅在需要大、中修時進行檢測，檢測方法基本上為一些效率與技術(shù)含量較低的方法，且多以人工方式為主。由于檢測手段落后，效率低，不可能對路面經(jīng)常性地進行全面檢測，結(jié)果往往導致各種小修保養(yǎng)行為存在一定的盲目性，甚至不合理，也導致必要的大、中修養(yǎng)護不及時，或養(yǎng)護策略不一定能很好地針對破損原因來確定。

路面使用性能檢測的范圍主要包括：①路面平整度，②路面車轍深度，③路面彎沉，④路面摩擦系數(shù)，⑤路面破損，⑥路面構(gòu)造深度。

2 高速公路瀝青路面使用性能的評價

瀝青路面狀況評價范圍包括平整度、破損、強度及抗滑系數(shù)，目前養(yǎng)護規(guī)范推薦的路面狀況指數(shù)(PCI)、路面強度系數(shù)(SSI)、行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、橫向力系數(shù)(SFC)等指標來評價，分為優(yōu)、良、中、次、差5個等級。也有文獻建議高速公路路面使用性能評價采用強度、平整度、破損率、車轍和抗滑性能等五項指標。

在路面性能評價研究方面，以美國、加拿大、日本等為首的發(fā)達國家在這個領(lǐng)域的研究比較早，其中最有代表性的評價模型包括AASHO的PSI、日本的MCI和美軍工程研究實驗室的PCI。

3 高速公路瀝青路面使用性能衰變方程

本論文主要采用利用預測的方法對數(shù)據(jù)進行擴充，建立一個應用廣泛的衰變方程

針對京秦高速公路實測數(shù)據(jù)，我們假設了以下幾種衰變方程。[2]

①挪威模型

F=IRI1994/IRImean

式中IRI1994――1994年與1993年的IRI值之差

IRImean――1998年與1994年6年間IRI的平均值

②北京模型[2]

北京模型選用路況指數(shù)PCI、行駛質(zhì)量指數(shù)RQI和結(jié)構(gòu)性能（以路表彎沉和現(xiàn)有交通量共同特征）作為路面使用性能變量，使用性能變量選用路面使用年數(shù)。

PCI=100e■ PQI=ce■ L=■

式中y―路齡

a、b、c、d、m―參數(shù)

③路面使用性能的標準衰變方程

PPI=PPI01-exp-■■

式中PPI――使用性能指數(shù)（PCI、RQI或其綜合）

PPI0――初始使用性能指數(shù)

y――路齡

β、α――模型參數(shù)

衰變方程的確定：根據(jù)上述三個衰變方程，運用檢測公式3.1確定最優(yōu)衰變方程，取偏差率最小者為最優(yōu)。

h=|實測數(shù)據(jù)-預測數(shù)據(jù)|/實測數(shù)據(jù) （3.1）

依據(jù)京秦高速檢測數(shù)據(jù)中的RQI（行駛質(zhì)量指數(shù)）值與PSSI（路面強度指數(shù)）值，進行分析并確定最優(yōu)檢測周期。

最后經(jīng)過公式3.1比較得出標準衰變方程的偏差率為0.033，北京模型偏差率為0.0396，挪威模型明顯與實測數(shù)據(jù)不符所以排除。由上可知標準衰變方程最優(yōu)。通過標準衰變方程預測與實際檢測數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)通過標準衰變方程預測值和實際值接近。

4 檢測周期的確定

經(jīng)過對京秦高速各年檢測數(shù)據(jù)的分析并經(jīng)過X2檢驗得出各年RQI和PSSI數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。根據(jù)各年的實測數(shù)據(jù)得各年的方差值利用軟件對方差σ進行預測。

得到σRQI=0.3784X2.0609

σRSSI=0.4465X1.6997

AASHTO《路面設計指南》對于不同功能等級的公路提供了所建議的可靠度水平，確定瀝青路面高速公路檢測的可靠度為95%。根據(jù)《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范(JTJ073.2-2001)》和文獻[5]，確定當RQI與PSSI≥75時的可靠度小于95%時要進行檢測。當檢測結(jié)束后對PSSI和RQI指標小于75的路段進行修補使該路段的PSSI或RQI達到100。然后再對PSSI和RQI的平均值和方差進行預測，確定接下來的檢測周期。利用可靠度理論算得的檢測周期見表4.1。

表4.1 以可靠度理論為基礎的檢測周期

5 結(jié)論

①現(xiàn)在使用的檢測周期大多都是固定不變的，不符合道路性能變化的實際情況。本文建議使用一種基于可靠度理論隨路面性能變化而變化的檢測周期。

②道路在使用初期各種病害較少，路面性能衰變較少。所以在使用初期可以適當減少檢測頻率，避免人力物力的浪費。

③道路在使用后期各種病害較多，路面性能衰減較大。所以在道路建成后期要避免檢測過于稀疏，使道路病害無法得到及時的排查和修復。

④而本文推出的檢測周期是基于京秦高速公路路面檢測數(shù)據(jù)得出的變檢測周期。這樣就可以避免出現(xiàn)前期檢測過于頻繁，后期檢測過于稀疏。

參考文獻：

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[4]婁峰.基于模糊理論的瀝青路面可靠性分析[D].湖南：湖南大學道路與鐵道工程碩士論文，2004.

[5]支喜蘭，王威娜，張超.高速公路瀝青路面早期性能評價模型[J].西安：長安大學學報，2009.3.

[6]中華人民共和國交通部.《公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范(JTJ073.2

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【關(guān)鍵詞】地下結(jié)構(gòu)；可靠度；隨機分析

Reliability analysis of underground structures

Liu Xiaoling

【Abstract】In the traditional methods, safety factors method is a way to consider the reliability analysis of structures in underground engineering. this method is suitable to be used in the engineering structures but the discreteness of factors is ignored. In this paper, the probabilistic character of the rock factors is analyzed, the stochastic analysis method of reliability analysis of under ground structures is presented,and the limitation of first - order quadric moment method in the unified standard for riliability design of engineering structrures is pointed out.

【Key words】underground engineering; stochastic analysis method; reliability analysis

1 巖土參數(shù)概率特征的研究

1.1 圍巖分級判據(jù)的可靠性研究

我國在圍巖分類和分級方面已有不少成果，可惜各部門還不統(tǒng)一。東北大學林韻梅［1］教授等提出圍巖穩(wěn)定性動態(tài)分級法，李強［2］提出模糊聚類分析法。在動態(tài)分析法中對分級判據(jù)的分布進行初步分析，應用數(shù)理統(tǒng)計方法對分級判據(jù)進行研究，在定義分級判據(jù)可靠性的函數(shù)上，用柯爾莫洛夫法對其分布規(guī)律進行檢驗，提出了分級標準和分級方法的評價準則。

1.2 地質(zhì)資料的概率處理

要從有限的勘探資料中獲得隧道全長或大型地下工程周邊圍巖的地質(zhì)狀況和有關(guān)參數(shù)，必然存在不確定性和偶然性，可利用概率法可減少誤判的機率。如長江科學院包承綱［3］研究員等以概率方法處理水壩地基鉆孔之間的地層分界線，取得更為合理的結(jié)果。地層中常有一些異常地質(zhì)點存在，如軟弱夾層、空洞等，他們對地下工程施工和運營有很大影響，為此首先要弄清楚它們出現(xiàn)的可能性、大概的位置及其性質(zhì)，然后通過可靠度分析法去分析它們的影響。Bercher(1979)、Tang(1987)等都對某地區(qū)在給定鉆孔布置與地質(zhì)歷史推斷情況下，對異常地質(zhì)出現(xiàn)的概率和統(tǒng)計特征做過估計，先給予一個不出現(xiàn)異常的先驗概率，然后根據(jù)一系列鉆孔資料按Bayesion 公式推得修正的不出現(xiàn)概率和聯(lián)合分布。

1.3 土性參數(shù)的隨機場研究

土性參數(shù)變異系數(shù)可達0.29，比計算模型的不定性影響大得多。土性參數(shù)概率特征經(jīng)歷了兩個階段，早期研究建立在隨機變量基礎上，后期研究集中在隨機場理論的應用上?？刂茙r土工程可靠度的是土性參數(shù)的空間平均值方差而不是點方差，因此土性參數(shù)的概率分析是一個隨機場問題。對于空間分布的地層，由于沉積和埋藏等條件的聯(lián)系，不同點之間雖有差別又有一定的相關(guān)性，這種相關(guān)性將隨二點距離的增大而減弱，因此相關(guān)距離是巖土可靠度隨機場研究中的一個重要參數(shù)。

2.作用效應隨機分析方法

作用效應是可靠度分析中重要的綜合隨機變量。目前大多采用有限元分析，對裂縫、節(jié)理發(fā)育的巖石地層主要有兩種方法：

a.利用連續(xù)介質(zhì)力學理論，尋求反映不連續(xù)巖體特點的本構(gòu)關(guān)系或把節(jié)理裂隙的力學性質(zhì)作為附加條件加以考慮；

b.應用塊體理論，尋求關(guān)鍵塊。

2.1 隨機塊體理論

塊體理論是我國學者石根華［4］和美國學者R.Goodman首先提出的巖體工程分析方法，為巖體洞室和邊坡穩(wěn)定分析開辟了新的途徑，在國際上受到重視并得到日益廣泛的應用。塊體理論中關(guān)于巖體被不連續(xù)的空間平面切割成分離塊體以及切割面上的力學參數(shù)c、Φ等都作為定值。由于實際巖體不連續(xù)面形成因素復雜，同一組不連續(xù)面的產(chǎn)狀在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，連續(xù)空間平面切割成的變形狀空間塊體具有隨機性。河海大學王保田、吳世偉提出的隨機塊體理論，用隨機抽樣法尋找可動塊體的概率，并用一次二階矩法求關(guān)鍵塊的概率。二者結(jié)合可較好的解決已知結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀概型和力學性態(tài)是隨機值的問題。

2.2 三維隨機邊界元法

地下結(jié)構(gòu)的有限元分析特別是三維分析需要劃分許多單元，計算機工作量和對計算機內(nèi)存的要求都很大。特別對無限區(qū)域的課題，在一定范圍內(nèi)離散將忽略外方廣大區(qū)域的影響而帶來誤差，因此人們的注意力又轉(zhuǎn)到一些邊界解法上，相應的邊界單元法得到發(fā)展。針對地下結(jié)構(gòu)分析中參數(shù)都具有明顯不確定性的特點，隨機邊界元法的研究和應用將對隧道可靠度分析起到新的推進作用。武漢水利電力學院潘國寧等提出的三維隨機邊界法是將邊界元計算過程作為函數(shù)轉(zhuǎn)換過程，再參數(shù)取值時對函數(shù)過程做泰勒展開，通過邊界計算得到應力和位移的均值；然后計算有關(guān)變量對參數(shù)的一階導數(shù)和二階導數(shù)在取均值時的值，最后考慮參數(shù)的變異性來分析計算結(jié)果的變異性。此法公式簡潔，計算工作量小，對隧道分析有重要參考價值。

2.3 圍巖參數(shù)的隨機反分析

由于圍巖的物理力學指標不容易確定，現(xiàn)場取樣試驗或直接測試資料也只是得到點特性而不是我們所要求的圍巖空間平均特性。因此，利用施工監(jiān)測得到的位移信息反演求出圍巖參數(shù)的方法在一定條件下能滿足地下結(jié)構(gòu)分析的要求。目前定值的反演分析比較成熟，已開發(fā)出很多程序可供應用。但是反演分析所依據(jù)的信息實際是帶有一定離散性的隨機變量，可靠度分析也要求反分析的結(jié)果能表示出概率特征。因此，隨機反分析也逐漸受到重視。同濟、北方交大、西南交大巖土和地下工程專業(yè)的博士研究生的論文都曾涉及隧道隨機反分析問題，目前采用的方法有傳統(tǒng)的蒙特卡洛法、隨機攝動法。

3.針對巖土工程特點的可靠度分析方法的新發(fā)展

《工程結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》（GB50153-2008）在附錄中推薦用一次二階矩法計算結(jié)構(gòu)的可靠指標；同時指出對于變異系數(shù)很大、極限狀態(tài)方程非線性程度很高等情況，宜用更精確的方法計算。巖土物性變異性比較大，常呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，如內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力之間負相關(guān)，容重與壓縮模量、內(nèi)聚力等正相關(guān)，忽視這些相關(guān)性，會使計算結(jié)果出現(xiàn)誤差。目前針對相關(guān)性提出兩種改進方法，一是將相關(guān)變量變?yōu)榛ゲ幌嚓P(guān)的變量，新變量的方差矩陣是由原變量標準化后的方差矩陣構(gòu)成；另一方法是將極限狀態(tài)方程的標準差展開后求得分離變量作為新變量的靈敏系數(shù)，在新的靈敏系數(shù)重反映與之相關(guān)的另一變量的影響；前者適用于多個相關(guān)的基本變量，后者只適用于兩個相關(guān)變量。

參考文獻

［1］ 林韻梅. 巖體基本質(zhì)量定量分級標準BQ公式的研究［J］.巖土工程學報,1999,（04）

［2］ 李強. BP神經(jīng)網(wǎng)絡在工程巖體質(zhì)量分級中的應用研究［J］.西北地震學報,2002,（03）

［3］ 包承綱. 二期圍堰建設中若干關(guān)鍵技術(shù)問題的解決［J］.中國三峽建設,1999,（05）

［4］ 石根華. 一般自由面上多面節(jié)理生成、節(jié)理塊切割與關(guān)鍵塊搜尋方法［J］.巖石力學與工程學報,2006,（11）

篇(4)

關(guān)鍵詞：橋梁工程；時變可靠度；壽命預測；可靠指標

中圖分類號：TU997文獻標識碼： A 文章編號：

0引言

橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間，其抗力是隨時間不斷衰減的。而且，車輛荷載和人群荷載等活荷載是依賴于時間參數(shù)的隨機變量。因此，橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性也隨服役時間而變化。影響結(jié)構(gòu)可靠性的很多因素都是與時間有關(guān)的，荷載效應就是一個隨機變量，通常用隨機過程來描述，因而引入了設計基準期的概念，設計基準期就是將隨機過程轉(zhuǎn)化為隨機變量所取的一個時間域[1]。

1橋梁時變可靠度

1.1橋梁抗力退化主要影響因素

橋梁由混凝土和鋼筋（包括預應力鋼筋）兩種材料組成，因此材料性能應考慮混凝土和鋼筋兩個方面。隨著時間的推移，這些影響因素的性能都會按不同規(guī)律變化，導致結(jié)構(gòu)抗力產(chǎn)生相應的變化[2]。

1.2抗力衰減模型

一般來說，抗力隨時間的變化是非平穩(wěn)隨機過程，要確定抗力的衰減規(guī)律是一個非常復雜的問題，為了計算上的簡化和實用化，可將非平穩(wěn)隨機過程平穩(wěn)化，即將抗力表示為：

（1）

式中：——初始時刻的抗力隨機變量；

——抗力退化和修理導致抗力恢復的隨機過程。

（1）國外抗力衰減模型

文獻[3]和文獻[4]建議了由于鋼筋銹蝕導致的混凝土梁抗彎承載力衰減函數(shù)：

（2）

表1抗力衰減模型

抗力時變規(guī)律如圖1所示。

圖1抗力變化規(guī)律曲線

（2）國內(nèi)抗力衰減模型

國內(nèi)學者根據(jù)實際檢測數(shù)據(jù)，對鋼筋銹蝕和混凝土強度時變模型進行了修正后，給出了如圖2所示的抗力時變規(guī)律。

圖2抗力變化規(guī)律曲線

1.3荷載概率模型

對于既有橋梁，一般都有10年以上的服役史，因此后續(xù)服役期的長度小于100年，后續(xù)服役基準期內(nèi)汽車荷載效應最大值分布依然服從極值I型分布，其基本統(tǒng)計參數(shù)要根據(jù)后續(xù)服役期的長度重新計算，參考文獻[5]荷載隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)見表2。

表2荷載隨機變量統(tǒng)計參數(shù)

1.4時變作用下的橋梁功能函數(shù)

對于實際工程中的橋梁結(jié)構(gòu)，可根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)所承受外荷載情況，設橋梁的恒載為G，認為恒載是一個不隨時間變化的值，汽車荷載為Q(t)，則在基本組合下橋梁某一狀態(tài)的功能函數(shù)為：

（3）

2連續(xù)剛構(gòu)橋壽命預測的方法

2.1時變可靠度分析方法

時變可靠度分析中需要考慮荷載及抗力隨時間變化，從傳統(tǒng)分析的 R和 S 進步到 R(t）和S(t）。時間離散法是對結(jié)構(gòu)服役期（或評估基準期）進行時間的離散，通過對時間的離散，可以得到劃分具體時間段的抗力及荷載，在各個時間段荷載、抗力分析的基礎上可以得到結(jié)構(gòu)服役期（或評估基準期）的離散后的荷載及抗力。

2.2橋梁結(jié)構(gòu)目標可靠指標

對于現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的可以將《工程結(jié)構(gòu)可靠性鑒定標準》中可靠指標評定等級由a級、b級、c級、d級的定性描述向、、的定量劃分的轉(zhuǎn)變，見表3。

表3現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)評定等級標準

其中：a級為符合國家現(xiàn)行標準規(guī)范要求；b級為略低于現(xiàn)在標準規(guī)范要求，但不影響安全及正常使用；c級為不符合國家標準規(guī)范要求，影響安全或正常使用；d級為嚴重不符合國家標準規(guī)范要求，不能正常使用。

2.3連續(xù)剛構(gòu)橋壽命預測的流程

結(jié)合結(jié)構(gòu)抗力時變特性，按照抗力衰減的特性，一定的時間間隔計算在每一個間隔內(nèi)結(jié)構(gòu)的體系可靠指標，比較與目標可靠指標的大小，以此來預測連續(xù)剛構(gòu)橋的壽命。

壽命預測流程如圖3所示。

圖3壽命預測流程

3工程實例

某預應力連續(xù)剛構(gòu)橋跨徑組合為90m+l70m×2+90m，為對稱結(jié)構(gòu)，墩高為30m。箱梁頂面寬度為12m，箱體寬度為6.5m，跨中梁高為3.0m，其余梁高按二次拋物線變化。預應力鋼筋采用抗拉強度標準值=1860MPa的預應力鋼絞線，箱梁采用C55混凝土，其他采用C40混凝土。

由一次二階矩法計算可得各個離散階段下四種衰減模型對應的連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠指標，繪制相應變化曲線如圖4所示。

圖4抗力及荷載衰減作用下的體系可靠指標

由以上分析可得，通常情況下，連續(xù)剛構(gòu)橋可以按照國外模型Ⅱ及國內(nèi)模型進行壽命預測，由國內(nèi)模型可知，此連續(xù)剛構(gòu)橋可繼續(xù)使用60年，根據(jù)國外模型Ⅱ可知，此連續(xù)剛構(gòu)橋可繼續(xù)使用近40年，因此，結(jié)合國外模型Ⅱ及國內(nèi)模型對實橋進行壽命預測，可得此橋使用壽命在40~60年之間。

4結(jié)語

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)抗力衰減模型，繪制相應的抗力衰減規(guī)律曲線；采用時間離散法，歸納出時變可靠度下連續(xù)剛構(gòu)橋體系可靠指標的計算方法；借鑒現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)評定等級標準確定壽命預測時的目標可靠指標，提出了連續(xù)剛構(gòu)橋使用壽命預測流程，為實橋工程的壽命預測提供方法支撐。

參考文獻

趙國藩, 金偉良, 貢金鑫. 結(jié)構(gòu)可靠度理論[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2000

Mori Y, Ellingwood B R. Reliability-based service-life assessment of ageing concrete structures [J]．Journal of Structural Engineering, ASCE1993,119(5)：3649-3667

Thoft-Christensen P, Baker M J. Structural reliability theory and its application [M]. Springer-verlag, Berlin, 1982

Enright M P, Frangopol D M. Service-life prediction of deteriorating concrete bridges [J]. Journal of Structural Engineering, 1998, 124 (4):309-317

孫曉燕. 服役期及加固后的鋼筋混凝土橋梁可靠性研究[D]. 博士學位論文, 大連: 大連理工大學. 2004

篇(5)

關(guān)鍵詞：薄壁零件金屬板料沖壓模具加工可靠性分析

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：

Abstract: This paper first analyzes the reliability of thin-walled parts stamping process theory, and then influence in the given reliability index basis, into the instance data, conducted a study and Analysis on the reliability of integrated thin-wall parts stamping process, hope to cause attention.

Keywords: reliability analysis of machining thin-walled parts of sheet metal stamping die

中圖分類號：TG385.2文獻標識碼：A文章編號：

1、理論支持

在金屬板料的板料成形過程當中，相關(guān)參數(shù)往往帶有很明顯的不確定性特征，參數(shù)不確定性將使得金屬板料在成形過程當中的數(shù)值分析與現(xiàn)實結(jié)果同樣表現(xiàn)出一定的不確定性。相對于成形時間、板料厚度、以及參數(shù)變化而言，成形過程當中對于這部分數(shù)據(jù)的描述以及相應的變動有著極強的敏感性。除成形時間的長短能夠?qū)Π辶献冃纬潭犬a(chǎn)生影響以外，板料成形過程中也會在不同程度上受到材料特性、以及板料厚度的影響。

在當前技術(shù)條件支持下，板料成形過程當中材料特性概率的估計方式多選取為——FLD成形極限圖。一般意義上的成形極限圖當中，最大主應變往往會受到主應變值的抵制作用。同時，在變形板面當中，代表應變狀態(tài)的點能夠與FLC成形極限曲線相對應。換句話來說，F(xiàn)LC成形極限曲線可以說是在金屬板料成形過程當中，安全域與失效域之間的邊界代表。

金屬板料所表現(xiàn)出的成形過程以及結(jié)果同樣有著突出的分散性特征。從這一角度上來說，任何一個FLC成形極限曲線均有可能與安全域的可能邊界保持對應關(guān)系。若在FLD成形極限圖當中觀察得出：失效區(qū)域具備一個失效概率很高的應變狀態(tài)。那么，在此情況下，安全區(qū)域基本不可能發(fā)生失效的問題。

因此，在探討薄壁零件沖壓模具加工工藝過程可靠性當中，F(xiàn)LC成形極限曲線在FLD成形極限圖當中所反應出的垂直位置主要受到兩個方面因素的影響：（1）板料厚度指標；（2）硬化系數(shù)指標。上述兩項指標中任意一項的提升均對整個加工工藝過程可靠性的提升而言有重要意義。

2、可靠性分析

在研究薄壁零件沖壓模具加工工藝過程可靠性當中，最主要的工作內(nèi)容在于：對薄壁零件在深度拉伸過程當中，金屬板料可成形質(zhì)量觀念的量化。這一量化的過程即分析加工工藝過程可靠性的最佳方式。常規(guī)意義上來說，金屬板料可成形質(zhì)量觀念的量化需要借助于對隨機變量向量的方式實現(xiàn)。在FLD成形極限圖當中，點云可采取不同的形狀（這也就是說：金屬板料當中不同的點可能與FIC成形極限曲線相接近）。因此，對薄壁零件沖壓模具加工工藝過程可靠性水平產(chǎn)生影響的諸多指標（包括硬化系數(shù)指標、板料厚度指標、以及成形時間指標等在內(nèi)），這部分指標均可視作是服從正態(tài)分布的獨立隨機變量。隨機變量所表現(xiàn)出的隨機變化程度會對金屬板料所加工成形零件的表面褶皺產(chǎn)生突出影響。而為了進一步得出可靠性的數(shù)據(jù)情況，需要采取的計算步驟為：首先，在響應面法作用下，對極限狀態(tài)函數(shù)進行求解，進而需要在一次二階矩法作用下，對可靠度進行求解。本文現(xiàn)結(jié)合數(shù)據(jù)資料，就薄壁零件沖壓模具加工工藝過程的可靠性情況進行綜合研究與分析。

若影響薄壁零件沖壓模具加工工藝過程可靠性的各項關(guān)鍵指標的平均值以及標準差均為已知狀態(tài)：（1）硬化系數(shù)指標：平均值為0.21，標準差為0.02；（2）板料厚度指標：平均值為0.50，標準差為0.05；（3）成形時間指標：平均值為11.60，標準差為0.30。上述指標已知狀態(tài)下，需要通過Box-Behnken 抽樣方法完成對各個樣本點響應值的計算作業(yè)。

同時，除樣本點1#為中心點以外，樣本點2#~15#均為邊中點。按照此種方式，可對應得出各樣本點取值狀態(tài)下的成形極限示意圖（通過有限元模擬的方式得出）。按照上述方式，可得到在FLD成形極限圖當中，最小邊界安全的響應值。以響應值為已知數(shù)值，可建立在MATLAB編程計算的基礎之上，得出薄壁零件金屬板料在沖壓模具加工工藝成形過程中的響應面函數(shù)。在此計算過程當中，由于最小的邊界安全最大臨界值為0.10，則可以帶入并計算得出相應的極限狀態(tài)函數(shù)，最后通過引入可靠度指標的方式，得出此狀態(tài)下的加工工藝過程可靠度。

3、結(jié)束語

在有關(guān)薄壁零件沖壓模具加工工藝過程可靠性分析的過程當中，會對可靠性分析結(jié)果產(chǎn)生直接影響的因素包括：（1）板料厚度指標；（2）硬化系數(shù)指標；（3）成形時間指標?？紤]到極限狀態(tài)函數(shù)處于未知狀態(tài)，因此需要借助于響應面法的方式對該狀態(tài)函數(shù)進行求解，最終在一次二階矩法的輔助下，完成對可靠度的計算與求解。通過此種方式，能夠在薄壁零件進行沖壓模具制造之間，通過對上述影響因素的預先設置，來達到控制加工工藝過程可靠性的目的，由此能夠合理降低加工過程中零件表面的褶皺問題，降低失效率，提高加工精度與加工質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 王繼利,楊兆軍,李國發(fā)等.沖壓機床可靠性綜合仿真預測方法[C].//2012年全國機械行業(yè)可靠性技術(shù)學術(shù)交流會暨第四屆可靠性工程分會第四次全體委員大會論文集.2012:14-17.

篇(6)

論文摘要：水泥混凝土路面是當前高等級公路的一種主要結(jié)構(gòu)形式，本文對具體設計中的幾個問題作一探討，供大家參考。

1 前言

水泥混凝土路面有很多的優(yōu)點：路面強度高、承載能力大，耐磨耗能力強，能見度好，使用壽命長，養(yǎng)護費用少，行車的油耗也較瀝青路面少10％——15％，正因為有這些優(yōu)點，所以水泥混凝土路面在許多省市廣泛使用，也取得了比較好的效果。

80年代至90年代初期，我國的水泥混凝土路面建設呈現(xiàn)一個高峰期。但從道路使用運營狀況來看，大多數(shù)的水泥混凝土路面難以達到20一30年的設計使用年限，并且出現(xiàn)一些較嚴重的缺陷，如路面的早期斷裂、錯臺邊角破損、平整度及粗糙度差等給行車和養(yǎng)護帶來一定的困難，且不易處理，修復費用高難度大。究其原因，除了設計施工質(zhì)量問題外、還有各種自然因素的影響。因此本文將從設計構(gòu)造的角度，就如何提高水泥混凝土路面的使用性能，有效的控制路面的缺陷，結(jié)合自己的實踐體會與具體做法提出一些探討意見，供同仁參考討論。

2 水泥混凝土路面設計中的理論依據(jù)問題

2．1 路面設計指標可靠度的分折

公路工程結(jié)構(gòu)的設計安全等級為3個等級．路面工程的安全等級僅考慮高速公路。一級公路和二級公路的路面，相應的安全等級要求規(guī)定為一級、二級和三級。為三級和四級公路路面增加一個設計安全等級-- 四級。并規(guī)定了相應的設計基準期為20MPa；而設計安全等級為四級的路面結(jié)構(gòu)的目標可靠指標和目標可靠度．系按前三級的數(shù)值級差遞降得到的。按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理要求達到和可能達到的具體水平．選用其他等級。降低選用的變異水平等級，須增加混凝土面層的設計厚度要求；而提高選用的變異水平等級．則可降低混凝土面層的設計厚度或混凝土的設計強度要求。可通過技術(shù)經(jīng)濟分析和比較予以確定 但對于高速公路的路面，為保證優(yōu)良的行駛質(zhì)量，不宜降低變異水平等級 材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平等級．按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理水平分為低、中、高三級 由滑?；蜍壍朗绞┕C械施工．并進行認真，嚴格的施工質(zhì)量控制和管理的工程．可選用低變異水平等級。由滑?；蜍壍朗绞┕C械施工，但施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程，或者采用小型機具施工，而施工質(zhì)量控制和管理認真、嚴格的工程可選用中低變異水平等級。采用小型機具施工，施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程。可選用高變異水平等級。

設計時．可依據(jù)各設計參數(shù)變異系數(shù)值在各變異水平等級變化范圍內(nèi)的情況選擇可靠度系數(shù)。目標可靠度是所設計路面結(jié)構(gòu)應具有的可靠度水平。它的選取是一個工程經(jīng)濟問題：目標可靠度定得較高，則所設計的路面結(jié)構(gòu)較厚，初期修建費用較高。但使用期間的養(yǎng)護費用和車輛運行費用較低；目標可靠度定得較低，初期修建費用可降低，但養(yǎng)護費用和車輛運行費用需提高。通常采用“校準法”來確定目標可靠度。“校準法”是對按現(xiàn)行設計規(guī)范或設計方法設計的已有路面進行隱含可靠度的分析，參照隱含可靠度制定目標可靠度，則所設計的路面結(jié)構(gòu)接納了以往的工程設計和使用經(jīng)驗，包含了與原有設計方法相等的可接受性和經(jīng)濟合理性。

2．2 交通量計算取值的分析

軸載換算公式是以等效疲勞斷裂損壞原則導出的。對于同一路面結(jié)構(gòu)，軸載和標準軸載產(chǎn)生相同疲勞損耗時。才能等效換算。在交通調(diào)查分析雙向交通的分布情況時，應選取交通量方向分配系數(shù)，一般可取0.5；并依據(jù)設計公路的車道數(shù)．確定交通量車道分配系數(shù)(應剔除2軸4輪以下的客、貨車交通量)，即為設計車道的年平均日貨車交通量ADTT，然后用軸載當量換算系數(shù)法或車輛當量軸載系數(shù)法求得)，再根據(jù)設計基準期l和輪跡分布系數(shù)、交通量增長率求得累計f 用次數(shù)N，確定交通分級。

2．3 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合的設計分析

對于路基用土．高液限粘土及含有機質(zhì)細粒土．不能用做高速公路和一級公路的路床填料或二級和二級以下公路的上路床填料；高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3％的低液限粘土，不能用做高速公路和一級公路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時，應摻加石灰或水泥等結(jié)合料進行改善。對于基層材料選擇時。特重交通適宜貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土時，設計計算應按復合式路面分析。且強度以試驗為準 對水泥混凝土面層下基層的首要要求是抗沖刷能力不耐沖刷的基層表面。在滲入水和荷載的共同作用下會產(chǎn)生淤泥、板底脫空和錯臺等病害，導致行車的不舒適，并加速和加劇板的破裂?；炷撩鎸酉虏捎秘毣炷粱鶎?，主要是為了增加基層的抗沖刷能力，并不要求它有很高的強度。高強度的貧混凝土并不能使面層厚度降低很多，反而會增加混凝土面層的溫度翹曲應力，并產(chǎn)生會影響到面層的收縮裂縫。另外．新規(guī)范取消了基層頂面綜合模量的規(guī)定值的要求。

對于面層板來說，我國絕大部分混凝土路面的橫向縮縫均未設傳力桿。不設傳力桿的主要原因是施工不便。但接縫是混凝土路面的最薄弱處，唧泥和錯臺病害，除了基層不耐沖刷外．接縫傳荷能力差也是一個重要原因。同時，在出現(xiàn)唧泥后。無傳力桿的接縫由于板邊撓度大而容易迅速產(chǎn)生板塊斷裂。此外，接縫無傳力桿的舊混凝土面層在考慮設置瀝青加鋪層時．往往會因接縫傳荷能力差易產(chǎn)生反射裂縫而不得不加大加鋪層的厚度。為了改善混凝土路面的行駛質(zhì)量，保證混凝土路面的使用壽命，便于在使用后期鋪設加鋪層，新規(guī)定了在承受特重和重交通的普通混凝土面層的橫向縮縫內(nèi)必須設置傳力桿。另外，新規(guī)范僅強調(diào)了在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處設置脹縫，取消了變坡點、小半徑曲線設脹縫的限制，使行車更順暢。

3 路面接縫處理的設計

水泥混凝土路面接縫多，易于損壞，尤其是脹縫位置面板破損較為普遍和嚴重。有的道路在通車l～3年后逐步破碎損壞。破損率高達50％～90％ 以上。究其原因是多方面，影響因素也復雜，但筆者認為主要是脹縫的構(gòu)造問題、施工工藝及管理問題。從脹縫設計構(gòu)造的角度主要解決位置設置、構(gòu)造型式、傳力桿設置和面板局部加強。脹縫設置應遵循新頒水泥混凝土路面設計規(guī)范第4．2．5條規(guī)定外，要盡可能少設或不設脹縫，特別是平縱線形標準較高的平原微丘地形設置長間距脹縫，或只在結(jié)構(gòu)物銜接處。這一點已經(jīng)在國外工程中得到證實。其次一般常用的脹縫型式為設傳力桿和不設傳力桿兩大類，不設傳力桿的脹縫其傳荷能力較差，在重車反復作用下，脹縫的兩側(cè)容易發(fā)生錯臺。而設傳力桿的脹縫，其傳荷性能較好，從實際的應用效果來看，設傳力桿的脹縫能較好的抑制脹縫病害，因此建議對于交通量大、重載車多的公路和城市道路采用傳力桿的脹縫為最佳；反之可采用不設傳力桿的枕梁式脹縫。但為了減少車輛反復沖擊作用．枕梁上最好設置一層緩沖橡膠墊。根據(jù)傳荷受力的需要設置傳力桿。傳力桿宜用

直徑為32～35 較粗的光園鋼筋，同時脹縫兩側(cè)30～40mm 面板范圍內(nèi)因傳力桿存在而受力復雜，應在脹縫兩側(cè)30～40cm水泥混凝土板內(nèi)布置加強鋼筋。

4 結(jié)束語

綜上所述．在公路水泥混凝土路面設計中，還有許多問題．只有認真研究設計規(guī)范，并結(jié)合生產(chǎn)實際，才能設計出經(jīng)濟合理的路面結(jié)構(gòu)。

參考文獻

[1][1] JTG D40—2002公路水泥混凝土路面設計規(guī)范.

篇(7)

【關(guān)鍵詞】邊坡穩(wěn)定；防護技術(shù)；公路；邊坡破壞

1.引言

當前我國正加大基礎建設的力度，以響應國民經(jīng)濟的快速發(fā)展。公路等級越來越高，一些公路所處的地形也更加復雜。公路邊坡防護工程難度加大，其解決邊坡的穩(wěn)定問題具有實際的工程安全可靠度意義和經(jīng)濟性價值。一直以來，路基邊坡的綜合防護是公路建設的薄弱環(huán)節(jié)，其造成的安全隱患和經(jīng)濟損失也一般是不可小覷的[1]。

2.邊坡穩(wěn)定理論

2.1 邊坡穩(wěn)定理論的發(fā)展

邊坡穩(wěn)定分析最早出現(xiàn)于十八世紀，當法國某軍隊修建土質(zhì)工事時對其邊坡的穩(wěn)定進行了穩(wěn)定性分析[2]。之后一百年后，人們大量的修建運河、鐵路以及大土壩，使人們逐漸意識到這些構(gòu)筑物的邊坡穩(wěn)定研究的必要性。隨著這項與研究的發(fā)展，邊坡穩(wěn)定問題成為巖土工程的經(jīng)典問題之一。早期的理論研究建立在與實際有一定出入的條件基礎之上，為半理論半經(jīng)驗性質(zhì)，分析的方法并不完善。研究的成果與實際結(jié)果有較大出入。

邊坡穩(wěn)定研究另一個比較有里程碑意義的是1950年土力學專家太沙基發(fā)表了題為《滑坡機理》的論文。該論文對滑坡產(chǎn)生的過程、起因以及判定方法進行了論述，為之后邊坡穩(wěn)定的研究奠定了基礎。到了20世紀60年代，一些大型大壩、巖體失穩(wěn)事故的發(fā)生，更加促使了邊坡穩(wěn)定研究的發(fā)展。這時的理論研究逐漸采用彈塑性理論，使研究成果更加接近實際。

2.2 邊坡穩(wěn)定分析方法

如今邊坡穩(wěn)定問題分析方法較多。最常用的是極限平衡分析法和有限元法。極限平衡法將滑動帶上土體豎向劃分為若干土條，列出這些土條的靜力平衡方程，從而計算出邊坡安全系數(shù)。極限平衡法較容易理解掌握，但得到的安全系數(shù)不夠準確，與實際監(jiān)測結(jié)果有一定差異。有限元法計算結(jié)果較為真實，且不必事先假定滑動體形狀位置，缺點是不能直接得到安全系數(shù)，工程應用不方便。

3.邊坡的破壞形式

邊坡破壞常發(fā)生于巖土軟弱處和強風化段。某公路邊坡破壞實例如圖1所示。為保證行車安全，應注意檢查邊坡的變化，及時進行加強防護。通常其破壞形式如下幾種[3]：

（1）滑坡：巖土在重力作用下無支撐力整體向下方滑動。通常發(fā)生于河流、雨水沖刷后以及人為切割較多坡腳后。當坡體頂部超載后也易發(fā)生此現(xiàn)象?；赂鶕?jù)力學特征可分為牽引式和推移式。牽引式滑坡起因是下部先滑動，導致上部土體失去支撐作用繼而變形滑動，發(fā)生速度較為緩慢。推移式滑坡則是上部土體受到擠壓后向下移動，并擠壓下面的土體，常見于上部堆載的情況。

（2）崩塌：陡坡上巖層本身不穩(wěn)定，容易在外界的擾動下發(fā)生突然的脆性破壞。崩塌發(fā)生速度極快，無明顯的滑動面。雖然剝落的巖體總體積一般并不大，但其發(fā)生突然，若路面有行人車輛，則很難避開。

（3）剝落：巖土表面在風化作用下與母體脫離。

圖1 邊坡破壞實例

4.邊坡失穩(wěn)的防護措施

邊坡穩(wěn)定防護措施可分為淺層的防護與深層加固治理以及二者的綜合治理方法。

4.1 淺層防護措施

（1）坡面防護。坡面防護主要方法有種植植被，抹面，捶面等。當邊坡較為穩(wěn)定，表面只輕微沖刷，且土質(zhì)環(huán)境適宜草類生長，可采用種植草體方法防止土坡表面的沖刷。當坡面易風化或沖刷嚴重時，可用材料抹面形成整體性較好的表面。

以某公路工程為例，其表層土為膨脹土則其開挖后原本穩(wěn)定的土層現(xiàn)在表層，土體所受到的擾動較大，較容易發(fā)生失穩(wěn)問題。此時應特別注意對坡面的加固防護。該項目表層采用混凝土骨架，主要為方格和拱形護坡并結(jié)合使用植被護坡[4]。

（2）地面排水。

從造成土坡失穩(wěn)的原因分析中可知水對土坡失穩(wěn)的重要影響，因此必須將表層水及時排出，防止地面水變成地下水，減少水對土坡的擾動。地面排水主要有以下幾類，在挖方路基的路肩外側(cè)；挖方路基上方適當位置以對流向路基的水流截流；用以引出低洼積水的排水溝等。

（3）沖刷防護。用以防止邊坡的被沖刷以及受大氣影響，多采用護面墻。護面墻的坡度應滿足整體的穩(wěn)定要求。

4.2 深層防護措施

（1）排除地下水。不僅應對地表水及時排除，對地下水更應注意其水位變化，并及時制定應對措施。深層地下水的排除方式有：滲溝排水、集水井排水、平溝排水及滲水隧洞排水。

（2）巖土錨固技術(shù)。采用拉桿將土坡錨固在穩(wěn)定的巖層上，充分利用穩(wěn)定巖層的作用力，提高土坡整體的穩(wěn)定性。該方法在幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重的基礎上確保了巖土的穩(wěn)定，減輕了下部土體基礎的作用力，更加確保了結(jié)構(gòu)安全性。該方法經(jīng)濟性安全性明顯，故在巖土工程中廣泛應用。

（3）土釘支護。該方法經(jīng)濟可靠施工方便，在工程中推廣迅速。土釘與周圍土體充分接觸，形成組合體。當土體變形滑落時，土釘受到粘結(jié)力受拉，約束了土體的進一步滑動。

4.3 邊坡淺層、深層結(jié)合的防護措施

（1）擋土墻。擋土墻可分為重力式擋土墻和輕型擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻等。在公路邊坡支護中重力式擋土墻應用較多，其依靠自身重力抵抗側(cè)向土壓力，防止墻身后土體的失穩(wěn)滑動。該方法應用于夾雜大孤石的殘積土邊坡常不成功。因為此類邊坡蠕動變形大。應采用土釘掛土工格柵后再在表層種植植被。

（2）抗滑樁?？够瑯妒褂脴洞┻^滑坡面直接錨固在穩(wěn)定巖層一定深度范圍內(nèi)，可以抵抗一定的滑坡作用力，阻止滑坡體的滑動狀態(tài)，增加邊坡安全系數(shù)。抗滑樁可以有效的解決一些難度較大的工程，因此該發(fā)展較為迅速。抗滑樁樁位布置靈活，可設置在抗滑效果最有利的位置。使用抗滑樁需要注意的是使用壽命。幾年之后抗滑樁經(jīng)常會出現(xiàn)推移甚至傾倒事故。理論上是由于土壓力理論的缺陷，沒有考慮土體的蠕動的物理現(xiàn)象。現(xiàn)在可加固土體自身加強結(jié)構(gòu)的整體性以提高土坡穩(wěn)定性。

另外公路路線的選擇直接關(guān)系到邊坡的穩(wěn)定性。合理的公路平縱面設計可以減少大填大挖，減少對山體的破壞。避免高填深挖，在丘陵地區(qū)盡量按地形順其自然的設置邊坡。對山路路線不宜過度追求平直。要充分利用地形，恰當使用人工構(gòu)造物如錨桿、噴射砼、加筋擋土墻等，減少對環(huán)境的影響。

邊坡的穩(wěn)定性驗算應采用適宜的方法和合理的參數(shù)。應充分考慮各計算參數(shù)的隨機性和模型的不確定因素[5]。另外應從法制上保證公路建設的順利進行，建立健全法律體系，采用強制手段保證公路建設的可持續(xù)發(fā)展，全面提高公路的建設質(zhì)量。

參考文獻

[1] 姚金強.淺談邊坡穩(wěn)定及加固[J].民營科技，2012（1）.

[2] 儒.邊坡穩(wěn)定及抗滑樁加固分析研究[D].長安大學，2013.

[3] 劉金良.公路邊坡穩(wěn)定與防護問題[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2004（14）