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如何有效地确保基坑支护结构的安全可靠与经济合理,一直是基坑设计和施工中急需解决的问题之一。目前大多数基坑支护结构的设计采用传统的安全系数法,由于单一安全系数多半是在已有的经验基础上人为确定的,不能考虑支护结构固有的变异性,它通常把各种作用、结构尺寸、材料性能等作为确定性因素考虑,而忽略不确定性的影响。从而使基坑支护结构虽然在设计时满足稳定要求,但实际上却发生了破坏。在我国目前基坑加速发展的大背景下,针对基坑支护结构稳定安全系数法的局限性,从全面分析影响支护结构稳定的因素出发,积极寻求探讨新的、更为可靠的安全分析方法具有重要意义。
基于基坑支护结构现今的具体情况与存在问题,本文借鉴模糊可靠度在边坡中的应用,开展了模糊可靠度在基坑支护结构的应用研究。为此,本文引入模糊数学的相关知识,提出了基坑支护结构模糊可靠度计算方法,对基坑支护结构稳定性进行计算分析,确保基坑的安全可靠。
本文共分为以下几部分:
1、第一部分简要介绍了基坑支护结构在工程建筑中的功能和作用,回顾了传统的单一安全系数法、可靠度理论和模糊可靠度理论在岩土工程中的应用,并指出了传统的安全系数法的缺陷,认为模糊可靠度理论是基坑支护结构的设计和计算的发展趋势。
2、第二部分就结构可靠度理论展开介绍,包括可靠度计算中的极限状态、失效概率和可靠度指标,列出了几种计算可靠度的方法,最后找出了普通可靠度计算的不足。
3、第三部分针对普通可靠度理论存在的问题,对模糊可靠度计算的方面进行了研究,提出了一种模糊可靠度的计算方法。
4、第四部分在综合分析影响基坑支护结构的安全可靠度的因素之后,提出了把岩土体的物理力学参数作为基坑支护结构稳定性分析中的模糊参数。并借鉴其它岩土工程物理力学参数模糊化处理过程中隶属函数选取的经验,提出基坑支护结构稳定计算中物理力学参数的隶属函数(即采用“正态型”作为土体的物理力学的隶属函数),通过隶属函数的桥梁作用,把模糊化的土体的物理力学参数转化为具体参数,然后用传统的可靠度理论进行计算(本文采用的是中心点法)。通过一具体的基坑工程为例,从该基坑支护结构的整体稳定性、抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、抗隆起稳定性这四个方面出发,建立各自的模糊可靠度的计算模型,将土体物理力学参数采用“正态型”的隶属函数运用到功能函数中,通过对置信水平的不同取值,计算出相应的可靠度值和失效概率。
5、第五部分从基坑支护结构体系的系统出发,利用计算串联系统可靠度的界限法来计算基坑支护系统的失效概率。
本文在传统的可靠度计算的基础上,利用基坑工程的相关知识和模糊数学理论,将可靠度理论和模糊数学有机结合起来,进行基坑支护结构稳定性的模糊可靠性评价,充分考虑了影响基坑可靠性的众多因素的随机性,并考虑各种变量的模糊性,解决传统的定值基坑支护结构可靠性分析方法的缺陷(将抗力等参数视为不变的),为基坑支护结构可靠性设计与计算提供指导,有助于可靠性分析在基坑工程中的应用与发展。研究表明,相对于传统单一安全系数方法,模糊可靠度方法可更系统、定量地分析基坑可靠度的随机性、模糊性,有利于基坑设计和施工;相对于传统可靠度方法,模糊可靠度方法强调了不确定因数在基坑工程稳定评价中的影响程度,评价的结果也更符合人们对基坑安全认识的思维方式,更容易被人们接受。