基于极限状态法的桩板式挡土墙设计研究

研究目的:桩板式挡土墙是常用的支挡结构,桩板式挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计下,该结构的安全度并给出锚固段极限状态设计表达式。本文通过对桩板式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为桩板式挡土墙极限状态设计提供参考。研究结论:(1)桩板式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)路肩式桩板墙可靠指标分析表明,可靠指标满足或接近公众需求;(3)桩板墙可参照现行《铁路路基支挡结构设计规范》进行设计,但高边坡路堤和路堑墙应采用较大的荷载分项系数,同时设计中应注意采取减小边坡土压力的措施;(4)提出了路肩式桩板墙锚固段计算的设计表达式及分项系数建议取值;(5)该研究结论可供路肩式桩板墙设计参考。     

基于极限状态设计法的重力式挡墙设计研究

研究目的:重力式挡土墙极限状态设计的研究,是以墙身自重支撑侧向土压力的明挖基础支挡结构极限状态设计研究的基础。本文通过对重力式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、槽型挡土墙等明挖基础支挡结构设计研究提供参考。研究结论:(1)重力式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)影响重力式挡土墙极限状态的最关键因素是综合内摩擦角;(3)现行规范中重力式挡土墙不同的功能检算、不同设计状况,其隐含可靠指标不同,对应的分项系数也应不同;(4)研究结论可直接用于重力式挡土墙的设计,并为其他明挖基础支挡结构设计研究提供参考。     

基于极限状态法的锚杆挡土墙设计研究

研究目的:锚杆挡土墙在高边坡工程中应用广泛,锚杆挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计下,该结构的安全度并给出锚固段极限状态设计表达式。研究结论:(1)锚杆挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)锚杆挡土墙可靠指标推荐值大部分满足公众需求,但边坡较高时,可靠指标偏低;(3)锚杆挡土墙设计可参照现行《铁路路基支挡结构设计规范》,当边坡较高时,建议适当增大荷载分项系数,并注意对边坡坡形的设计和加固;(4)该研究结论可供锚杆支挡结构设计参考。     

基于概率论的支挡结构极限状态设计方法

研究目的:基于概率论的可靠度理论,是工程研究与工程设计的一种先进方法,但限于相关研究不足,我国现行铁路路基支挡设计规范尚未采用,开展基于概率论的支挡结构极限状态设计方法的研究十分必要。研究结论:(1)采用总安全系数法的传统支挡结构设计的可靠度未知,未考虑变量的不确定性带来的影响,潜在一定安全风险;(2)支挡结构极限状态设计方法研究的思路是建立极限状态方程→分析可靠指标→确定设计表达式中的分项系数;(3)应根据不同的工况确定目标可靠指标和极限状态设计表达式中的分项系数;(4)本文提出的基于概率论的支挡结构极限状态设计方法,可直接用于铁路路基支挡结构设计。     

重力式挡土墙可靠度设计方法研究

研究目的：为《铁路路基支挡结构设计规范》按可靠度方法进行修订编制提供依据。 研究方法：采用理论研究、试验分析、计算统计以及校核分析相结合的方法。 研究结果：建立了重力式挡土墙基于可靠度理论的设计表达式；计算并统计了按现行规范设计的挡土墙可靠指标；推荐了目标可靠指标建议值、荷载分项系数和抗力分项系数参考值；提出了重力式挡土墙可靠度理论的设计原则和计算方法。 研究结论：选取的目标可靠指标能满足工程安全要求；按本课题提出的设计方法设计出的挡墙尺寸，与传统方式的计算结果接近；荷载分项系数的取值与美国规范相近。课题研究所提出的重力式挡墙设计公式、目标可靠指标及分项系数建议值，可作为《铁路路基支挡结构设计规范》修订的参考。     

多级悬臂式挡土墙设计计算方法探讨

研究目的:为探讨多级悬臂式挡土墙工程设计问题,采用数值模拟与极限平衡理论分析方法,得出包括边坡整体稳定性与各级墙体局部稳定性两个方面的多级悬臂式挡土墙的设计计算方法。研究结论:(1)边坡整体失稳破坏模式为近似圆弧滑动模式,可采用圆弧滑动条分法分析边坡整体稳定性;(2)坡体中竖向压应力向下传递过程中,各级挡墙墙顶面位置的压应力呈多段折线型分布模式,可在此基础上采用库仑土压力理论计算各级悬臂式挡墙上的主动土压力,进而计算各级墙体的抗滑与抗倾稳定性、地基承载力和墙身强度;(3)给出了多级悬臂式挡土墙的主要设计计算步骤;(4)所建立的设计计算方法可为多级悬臂式挡墙的工程设计提供参考。     

支挡结构的可靠指标与分项系数关系研究

研究目的:从可靠指标的概念出发,探讨支挡结构可靠指标与分项系数在理论上的相互关系,并通过对支挡结构中几种典型的常用结构的可靠指标和分项系数的计算结果的分析,提出指导意见供规范修编参考。研究结论:(1)理论分析和实际计算结果显示,支挡结构安全系数或分项系数和可靠指标是正相关的;(2)可靠指标与支挡结构极限状态密切相关,对应不同的状态和安全预期,应采用不同分级的可靠指标;(3)基于系统工程的观点,为保持支挡结构处于同一可靠度水平,支挡结构设计检算中各分项系数应根据可靠度指标分析结果进行适当调整;(4)本文关于支挡结构可靠指标分级以及基于同一可靠度要求进行分项系数调整的观点,可直接用于指导支挡结构的设计。     

基于欧标的泥灰岩地区支挡设计与计算研究

在"一带一路"倡议的大背景下,中国企业在"走出去"过程中遇到的各种国际标准的实施项目逐年增加。欧标作为国际主流标准之一,其完整的理论体系及严谨的推理逻辑值得中国企业学习及借鉴。本文以阿尔及利亚55 km欧标铁路项目PK122+604两侧边坡为研究对象,在广泛分布的地泥灰岩地区中,通过采用悬臂式挡土墙建立工程计算模型、选取荷载组合类型,对悬臂式挡土墙的承载力、抗倾覆、抗滑移等力学指标进行验证及分析并得出不同极限荷载模型下的计算结论。研究结果表明,该悬臂式挡土墙在基于欧标理论体系的计算验证下能够满足工程设计要求。本文从欧标规范的引用到设计的应用,介绍了基于欧标体系下的支挡设计思路及流程,为中国企业在实施国际标准特别是欧洲标准项目的支挡设计提供一定的借鉴。     

基于概率的支挡土压力及其对可靠指标的影响

研究目的:对于支挡结构,最主要的功能就是支撑侧向土压力,以概率论的观点研究土压力,是支挡结构极限状态研究中的一个重要内容方。本文通过分析主要随机变量的不确定性对土压力与功能检算的影响,分析土压力计算模型不确定性,说明土压力与支挡结构可靠性的关系。研究结论:(1)土压力是影响支挡结构功能检算的关键变量;(2)综合内摩擦角的不确定性和计算模式的不确定性,是土压力计算不确定性的主要来源;(3)土压力计算方式对可靠指标的影响很大,正确地选择计算模型很重要,是可靠指标计算的关键;(4)基于概率论的土压力计算值得进一步研究;(5)研究结论可供工程设计人员和研究人员参考。     

桩基悬臂式挡墙在路基帮宽工程中的应用

研究目的:桩基悬臂式挡土墙充分利用了悬臂式挡土墙的构造简单、施工方便、自身重量轻的优点以及桩基础能够向深部地层传力的特点,能够较好地解决悬臂式挡土墙依靠增大基础底板尺寸来提高抗倾覆、抗滑移能力的问题,也消除了地基工后不均匀沉降对挡土墙变形稳定性的影响,但其计算方法目前尚未形成统一认识。本文参考铁路和港工等行业有关支挡及基础规范规定,深入探讨桩基悬臂挡土墙的基桩内力和变位分析方法、底板受力及内力分析方法、底板抗冲切计算方法等关键问题。研究结论:(1)基桩的内力计算和变位分析以结构单元为单位进行计算,把底板、基桩视为一个整体,在上部荷载和地基土的弹性抗力的作用下,底板、基桩、地基土协调变形,这种计算方法更能反映基桩的受力和变形情况;(2)基桩垂直挡土墙方向的间距对抵抗侧向变形影响尤为明显,因此墙趾、墙踵部位的桩至底板边缘的距离宜以满足最小构造要求为控制布桩条件;(3)底板受力分析采用替代框架法,极大的简化了计算,此计算结果是可靠的;(4)桩基悬臂式挡土墙能够避免挡墙基坑开挖、地基加固对既有路基稳定的不利影响,可大大降低施工对行车的干扰,综合经济技术效益高;(5)本研究成果可在地基承载力低、墙后施工空间受限条件下的支挡结构设计中推广使用。     

双排桩基悬臂式 挡土墙结构计算方法研究

基于双排桩基悬臂式挡土墙结构与传统支挡结构存在较大的差异性,通过探讨双排桩基悬臂式挡土墙结构的承载机理,提出该结构的简化分析模型以及结构内力与变形的解析计算方法,并通过典型工程的有限元建模计算,验证该计算方法的可行性。研究结果表明:双排桩基悬臂式挡土墙结构可分解为悬臂段、底板与桩基,依次采用悬臂梁模型、简支梁模型与弹性地基梁模型进行设计计算;悬臂段承受填筑体水平土压力荷载;底板承受悬臂段传递的重力、水平力与弯矩,以及上部填筑体的竖向均布土压力荷载;桩基承受荷段受水平土压力,锚固段承受由变形引起的弹性抗力;悬臂段底部、底板纵向跨中断面、底板与桩基连接处以及桩基顶部与锚固点附近为应力集中断面,设计时应注意截面安全检算;理论计算结果略大于数值计算结果,验证了该计算方法的合理性,为结构优化设计提供了思路。     

铁路隧道洞门目标可靠度及分项系数确定方法

研究目的:铁路隧道洞门受力复杂、断面变化大,洞门可靠度研究少。研究隧道洞门目标可靠度及分项系数计算方法可为铁路隧道洞门的可靠度设计提供参考。研究结论:(1)目标可靠指标由各极限状态中最小的可靠指标决定,目标可靠度分项系数基于目标可靠指标求得;(2)目标可靠指标计算中,不同计算方法计算结果有差异,通过对三种适用于铁路隧道洞门目标可靠指标计算方法进行分析比较和结合实例计算,认为分位值法相对比较简便实用,可用于隧道洞门目标可靠指标的计算;(3)明确了分位值法计算铁路隧道洞门目标可靠指标分项系数的详细计算过程,并通过实例计算验证了分位值法计算分项系数的可行性;(4)土压力分项系数对铁路隧道洞门各极限状态均有影响且最大,因此应加强隧道洞门土压力统计特征研究;(5)本文提出的铁路隧道洞门目标可靠度及分项系数确定方法,可直接用于铁道隧道洞门结构设计。     

支挡结构极限状态的划分探讨

研究目的:支挡结构属于岩土工程结构,岩土工程的极限状界定相对于结构工程更困难。本文基于国内外通行的极限状态概念,对比分析岩土工程和结构工程极限状态的共性和差异,梳理支挡结构极限状态并重点分析明挖基础和桩基础的极限状态,提出支挡结构极限状态划分的建议。研究结论:(1)广义的极限状态可理解为某项功能达到预定的要求,极限状态已经不限于破坏和失效的概念,其外延扩大至不能达到预定设计目标的要求——某项规定的限制值;(2)支挡结构属于岩土工程范畴,其极限状态包括结构整体稳定极限状态和构件结构极限状态,结构整体稳定极限状态包括:承载能力极限状态、正常使用极限状态和介于两者之间极限状态,此状态需进一步研究;(3)一般地区明挖基础压应力极限状态和岩质地基锚固桩基础侧向受压极限状态归为正常使用极限状态;(4)该结论可用于指导支挡结构极限状态设计研究。     

陡坡高填方段刚架桩结构优化方案研究

山区陡坡路基高填方段土压力大,多采用h形桩板墙、桩基托梁挡土墙、锚杆挡墙、预应力锚索桩等支挡结构收坡加固。上述支挡结构未充分利用内侧岩土体抗力,锚索(杆)对耐久性问题考虑不足,其长期安全性值得商榷。陡坡内侧设置锚固桩,采用横梁与外侧桩相联接形成的刚架结构,可有效提高结构刚度及水平向抗力。利用SAP结构计算程序对刚架桩应力状态进行计算分析,结果表明可改善外侧桩悬臂端受力状态;同时研究刚架桩的具体设计思路及施工工序。     

高烈度地震区高路堤桩板墙的动力响应研究

研究目的:玉蒙铁路位于云南省境内,地质环境错综复杂并且活跃的新构造运动使得该区域地震多发。对于玉蒙铁路陡坡高路堤工点,设计采用路堤桩板式挡土墙支挡结构加固。为评价路堤桩板结构的抗震性能,研究支挡结构在地震动荷载作用下的稳定、沉降和变形,进行室内振动台模型试验,分析路堤桩板式挡土墙在不同地震加速度作用的动力响应,研究支挡结构的抗震可靠性,并与现行的设计计算方法进行对比分析。研究结论:(1)桩板式挡土墙的水平位移、桩身弯矩、挡土板的土压力随加速度增大而增大;(2)当地震烈度大于等于8度时,试验得到的桩身弯矩和挡土板土压力均较目前规范的拟静力法的计算设计值大,说明地震烈度小于等于7度时,可以按照传统的拟静力法进行设计,而当烈度大于等于8度时,则应该适当增大结构的安全系数;(3)该研究成果已成功应用于广大新双线铁路等高烈度地震区的路堤支挡加固工程中。     

铁路隧道衬砌结构分项系数的优化分析研究

研究目的:采用带有分项系数的实用设计表达式,不仅能继承传统结构设计式的形式,而且能体现结构设计对目标可靠指标的要求,是应用可靠指标衡量结构设计安全水平的重要途径。本文根据铁路隧道衬砌结构的受力特点和材料性能,采用混凝土衬砌结构抗压、混凝土衬砌结构抗裂和钢筋混凝土衬砌结构三种极限状态设计式建立"荷载-结构"模型。研究结论:利用Monte-Carlo随机有限元的方法分析铁路隧道衬砌结构作用效应的统计特征,根据材料特性分析抗力的概率统计特征以及计算可靠指标与目标可靠指标差值最小化的原则,分析得到:(1)铁路隧道衬砌结构检算时,围岩压力分项系数为1.4,自重荷载分项系数为1.2;(2)钢筋混凝土、混凝土抗压、混凝土抗裂三种工况下的调整系数分别为1.05、1.85、2.35;(3)该研究结果可为《铁路隧道设计规范》的修订提供理论依据。     

分项系数法与基于可靠指标设计方法的对比

研究目的:本文通过对分项系数设计方法和基于可靠指标设计方法的概念、流程及实例的对比,揭示这两种设计方法的实质——基于可靠指标设计方法是直接把概率的理念引入设计之中,分项系数设计方法是在设计中间接地反映了概率论的思想。通过分析两者的共同之处和明显差异,为工程设计和研究人员根据实际情况合理地选用设计方法提供指导。研究结论:(1)分项系数设计法,相对简单,偏于安全,适合常规设计,是实用的设计方法;(2)可靠指标设计法,能兼顾安全和经济,设计过程复杂,适合特殊设计,是理想化的设计方式和科学研究的方法;(3)支挡结构工程设计可采用分项系数法;(4)研究结论对工程设计和研究人员选用支挡结构设计方法具有指导意义。     

包裹式加筋土挡土墙抗震试验分析

研究目的:针对广大线祥云车站工点的工程特性,对包裹式加筋土挡土墙在地震作用下的加筋机理、受力、变形、设计方法、计算理论及破坏模式进行系统研究,完善加筋土挡墙的抗震设计计算理论和数值模拟方法,推动加筋土挡墙技术在我国工程建设中的应用.研究结论:包裹端的作用能使地震波沿墙体向上传播放大过程中得到减弱,因此包裹式加筋土挡土墙抗震性优于普通加筋土挡土墙;在0.4g和0.616 g时,模型产生明显的震陷且在墙面板与加筋土体交界处及加筋土体与未加筋土体交界处先后产生裂缝;在各峰值加速度作用下,两种试验模型的潜在破裂面位置分布大致相同,近似为0.45H的竖折线,而《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 10025-2006)中,潜在破裂面采用0.3H分界线,现行规范推荐方法偏于不安全,设计时拉筋长度应适当增加;根据理论计算和试验数据计算的加筋土挡土墙内、外部稳定性分析结果,抗滑系数Kc、抗倾覆系数K0、全墙抗拔稳定系数Ks与各层土工格栅抗拔稳定系数Ksi理论计算均大于试验数据计算,按规范计算偏于不安全,应作适当修改.     

中欧(法)挡土墙设计规范对比研究

研究目的:为明确中欧(法)挡土墙设计规范差异,为开展海外工程设计提供参考,本文结合算例对中欧(法)挡土墙设计规范进行了对比研究。研究结论:(1) Eurocode 7只介绍了岩土工程设计原理和设计中要考虑的主要因素,但较少涉及具体计算方法,难以直接指导实际设计,需要结合各成员国制定的补充规范使用;(2)中法挡土墙设计规范所涉及的抗滑移、抗倾覆、基底承载力、偏心距等验算内容所对应的安全度基本一致;(3)法国规范基底摩擦系数取值较高,依据法国规范进行设计时挡墙底部尺寸可适当减小;(4)在进行结构强度验算时法国规范规定的荷载分项系数取值小于铁路支挡规范,在进行裂缝宽度检算时欧洲规范规定的裂缝宽度限值高于混规,从而导致依据法国规范设计的挡墙配筋量大幅减少;(5)本文得出的结论可应用于海外岩土工程设计。     

"超高""超近"悬臂式路肩挡土墙的工程实践

悬臂式路肩挡土墙是一种轻型铁路支挡构筑物,多使用在地基承载力不高的地区和建筑高度较矮的工程项目上,国内外的工程实践表明,墙高一般不宜超过6 m.面对工程建设的需要,在河北省遵化市热电厂铁路专用线卸车线的工程设计中,采用了10 m高、挡墙外缘距线路中心线1.95 m的悬臂式路肩挡土墙,突破了规范的挡墙常规高度,解决了工程中遇到的难题,为铁路悬臂式路肩挡土墙工程的设计施工提供了实践经验.