重力式挡土墙几何设计的概率研究
摘要
重力式挡土墙的稳定性分析和承载力估算是岩土工程中的常用程序，为了安全设计，需要对其进行准确的估算。常用的确定性方法未明确地考虑与岩土或几何参数相关的不确定性。这些方法采用了基于先前分析的案例历史的全局安全因素，并不反映特定案例所涉及的不确定性。基于概率的设计可以根据预先确定的设计参数的不确定性来实现失效概率。在本文中，使用两种概率方法，泰勒级数和具有相似输入和分布的蒙特卡洛模拟来确定挡土墙样本的失效概率。此外，研究输入数据之间的相关性的影响，提供输入之间的相互关系。最后，对比得到的结果，给出了重力式挡土墙各破坏模式的失效概率和整体失效概率。由此推断，输入数据之间的相关性并不会显著改变结果。为了更好地理解支护结构的稳定性，需要将模态分析与整体破坏概率相结合。
关键词：失效概率 挡土墙分析 泰勒级数 蒙特卡洛模拟 概率分析
1.介绍
通常由混凝土制成或用夯实的岩土材料填充的悬臂式挡土墙是最常用的挡土墙结构之一。这些结构的设计必须满足平衡状态，同时对施加的弯矩和剪应力有足够的稳定性，并具有提供必要的轻微移动以使土压力在其后移动的能力（(Peck and Hanson,1974） 然而，为支护结构提供足够的稳定性取决于性能水平和可维修性，在某些情况下，没有位移是至关重要的。可以考虑失效的可能性，以明确设计案例可以安全预期工作的边界。
传统的挡土墙设计方法是以确定的土体假定参数为基础，并考虑安全系数(SF)，以估算挡墙的平衡状态或在分析过程中检查挡墙是否满足预期值。在基于安全系数的设计中，对土-结构系统的三种破坏模式进行了检验。沿基础滑动、地基承载力和倾覆所引起的稳定性被认为是控制墙体平衡状态的破坏模式(Bowles, 1997; Terzaghi et al., 1996)。
通过对不同失效模式下的SF进行不同的评价，使其值大于或等于某一特定的极限，即可定义系统的稳定条件。在大多数设计规范和参考文献中，建议在一定深度上建造墙体基础，以提供足够的抗力来抵抗复杂的层状土或土坡(Zevgolis an Bourdeau, 2010)。此外建议检查和计算来自基础基座三分之一的载荷偏心率，这在常规设计程序中对承载力大小起着重要作用。除计算和分析外，还必须检查墙面沉降，这主要取决于地基下的土壤类型和密度(Bowles,1997; Das, 1992)。
对于挡土墙结构，需要满足上述各项标准，而可用的计算公式和理论大多是基于简化计算，最终计算结果存在诸多不确定性。此外，设计荷载的不确定性被假定作用在墙壁上，导致不便，有时不利的破坏可能发生在整个预防措施。由此可以推断，FS仅仅是一个基于经验的因素，不能在全球工程知识中得到概括。使用设计规范或法规，在不同的条件下使用类似的安全因素，其中涉及不同程度的不确定性(Duncan, 2000)。然而，目前大多数现代工程都采用了安全系数，相应的分析方法被称为容许应力设计(ASD)。
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