黄土路堑高边坡优化设计理论和方法研究

论文摘要

基于黄土地区大量的公路建设工程实际经验，利用西部地区丰富的黄土高边坡实例资料和国内外同类研究成果，以系统优化理论为主导思想，以黄延公路路堑高边坡为重点依托工程，结合室内外试验，将工程地质学、土力学、热力学、数学、运筹学、现代计算方法及计算机模拟技术等多学科的理论与方法融于黄土路堑高边坡优化设计理论与方法的研究之中，提出了一套全新的黄土路堑高边坡优化设计的理论和方法。通过对典型黄土边坡工程实例的计算，表明该理论和方法可为黄土路堑高边坡断面的合理设计提供一套更安全可靠、更经济可行、施工更方便、路容更美观的理论依据及技术指导。本文的研究对完善现有规范，以便适应我国黄土地区飞速发展的公路建设事业具有重要的现实意义。 论文取得的主要成果如下： 1．根据黄土路堑高边坡滑裂面的实际调研结果，将滑裂面形状简化为抛物线形，基于条分法的思路，建立了稳定性评价公式，提出了一种快速搜索最危险滑裂面的方法。实践证明该方法简单，快速，便于推广。 2．根据力学原理及能量守恒原理，建立了黄土路堑边坡综合坡角的理论公式。由于在公式推导过程中充分考虑了土体开挖后的应力变化及其力学性质，使综合坡角设计有了理论基础，避免了盲目性。 3．通过确定黄土路堑高边坡的设计变量、目标函数和约束条件，建立了基于最小费用法的路堑边坡最优化设计模型。将Fiessler提出的可靠度计算法用于黄土高边坡可靠度计算，该方法与标准化变量一起使用，比JC法更为方便。 4．通过室内外冲刷试验，结合理论推导，建立了基于坡面稳定(抗冲刷)的黄土路堑边坡优化设计模型。 5．基于模糊优化的理念，建立了基于主客观权重综合模糊识别的黄土路堑高边坡合理断面优化决策法。模型有效地组合了主客观权重，可获得较为客观且系统的不同情况下的优化决策结果。由于模型避免了决策或评价结果的主观随意性，因此减少了目标的客观权重与实际情况之间的误差。 6．首次运用熵权双基点的概念，建立了黄土路堑高边坡防护熵权双基点决策优选模型，可借以获得更适合于具体黄土高边坡的防护方案。该优选方法能很好地反映人们对一个方案的理解能力的不确定性，可以在只有判断矩阵而没有专家权重的情况下确定出可信度较高的优选方案。工程实例表明本方法排序结果准确、可操作性较强，具有一定的推广价值。 7．根据坡面流理论，推导出坡面产流公式：ω=ξqL。该公式充分考虑了坡

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 研究课题的提出及意义
• 1.2 黄土路堑高边坡优化设计理论和方法的研究现状及存在问题
• 1.2.1 黄土路堑高边坡优化设计理论的研究现状
• 1.2.2 黄土路堑高边坡优化设计理论存在的问题
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 黄延公路黄土路堑高边坡的地质结构及其特点
• 2.1 地形地貌
• 2.1.1 黄土塬区
• 2.1.2 黄土梁区
• 2.1.3 黄土峁区
• 2.2 地质概况
• 2.2.1 区域地质及新构造运动
• 2.2.2 地层岩性
• 2.3 黄延公路黄土路堑高边坡的地质结构及地质结构模型
• 2.3.1 黄延公路所经不同地貌单元的地质结构
• 2.3.2 黄延公路黄土路堑高边坡的地质结构模型
• 2.4 黄延公路黄土路堑高边坡的特点
• 2.4.1 黄延公路黄土路堑高边坡的普遍性
• 2.4.2 黄延公路黄土路堑高边坡的特殊性
• 3 黄土路堑高边坡的稳定性及其影响因素
• 3.1 黄土路堑高边坡的破坏形式
• 3.1.1 坡面冲刷
• 3.1.2 坡面剥落掉块
• 3.1.3 坡体湿陷变形
• 3.1.4 崩塌
• 3.1.5 滑塌
• 3.1.6 滑坡
• 3.2 黄土路堑高边坡稳定性的影响因素
• 3.2.1 内在影响因素
• 3.2.2 外界条件
• 3.2.3 人为工程活动因素
• 3.3 黄土路堑高边坡的稳定性分析方法
• 3.3.1 黄土路堑高边坡常用的稳定性分析方法
• 3.3.2 黄土路堑高边坡滑动失稳特征
• 3.3.3 黄土路堑高边坡稳定性分析
• 3.3.4 算例
• 4 基于最小费用法的黄土路堑高边坡优化设计
• 4.1 黄土路堑高边坡可靠性分析
• 4.1.1 黄土路堑高边坡的破坏概率
• 4.1.2 黄土路堑高边坡的可靠性分析方法
• 4.1.3 黄土路堑高边坡的可靠性计算
• 4.1.4 算例
• 4.2 黄土路堑高边坡优化设计的设计变量
• 4.2.1 边坡的最佳坡型
• 4.2.2 边坡平台最佳宽度
• 4.2.3 边坡最佳综合坡角
• 4.2.4 边坡最佳单级坡高
• 4.3 黄土路堑高边坡优化设计的目标函数
• 4.4 黄土路堑高边坡优化设计的约束条件
• 4.4.1 边坡安全可靠的约束条件
• 4.4.2 单级坡高的约束条件
• 4.4.3 综合坡角、单级坡角的约束条件
• 4.4.4 平台宽度的约束条件
• 4.5 黄土路堑高边坡的优化模型及其解法
• 4.5.1 黄土路堑高边坡的优化模型
• 4.5.2 黄土路堑高边坡的优化模型的解法
• 4.6 算例
• 5 基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计
• 5.1 坡度的影响
• 5.1.1 黄土路堑高边坡抗冲刷的室内外试验
• 5.1.2 黄土路堑高边坡抗冲刷临界坡角研究
• 5.2 坡长的影响
• 5.3 基于坡面冲刷损失的优化设计模型
• 5.4 算例
• 6 基于主客观权重综合模糊识别的黄土路堑高边坡优化设计
• 6.1 “重要性”有序模糊判断矩阵的确定
• 6.2 “优越性”有序模糊判断矩阵的确定
• 6.3 主客观权重综合模糊模式识别模型
• 6.4 算例
• 6.4.1 确定目标权重
• 6.4.2 确定目标相对隶属度
• 6.4.3 确定方案集优劣排序
• 7 黄土路堑高边坡的坡面防护及其防护方案优选研究
• 7.1 黄土路堑高边坡坡面防护调查
• 7.1.1 绛帐-法门寺公路
• 7.1.2 铜川-黄陵一级公路
• 7.1.3 210国道延安-绥德二级公路
• 7.2 黄土路堑高边坡坡面防护技术
• 7.2.1 坡面植物防护技术
• 7.2.2 坡面工程防护技术
• 7.2.3 新型坡面防护技术
• 7.2.4 路堑边坡防护技术综合评价
• 7.3 黄土路堑高边坡坡面防护的熵权双基点决策优选方法
• 7.3.1 熵权双基点决策法原理
• 7.3.2 算例
• 8 黄土路堑高边坡的坡体排水技术研究
• 8.1 黄土路堑高边坡排水设施的水文、水力计算
• 8.1.1 水文计算
• 8.1.2 水力计算
• 8.1.3 算例
• 8.2 黄土路堑高边坡排水设施
• 8.2.1 截水沟
• 8.2.2 急流槽与跌水
• 8.2.3 边沟
• 8.2.4 边坡仰斜排水孔排水
• 8.2.5 骨架护坡排水
• 8.2.6 射水
• 8.3 黄土路堑高边坡综合排水系统
• 9 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 今后研究展望
• 参考文献
• 攻读博士期间公开发表的论文
• 致谢