岩溶区高速公路路桥基础稳定性评价方法与应用研究

论文题目: 岩溶区高速公路路桥基础稳定性评价方法与应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 程晔

导师: 赵明华,曹文贵

关键词: 岩溶,模糊综合评判,模糊极限平衡分析,模糊多层次多属性决策,强度折减技术,流形元,有限元

文献来源: 湖南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 岩溶区路桥基础稳定性分析与评价是目前国内外岩溶区高速公路建设的重大技术难题之一。本文结合湖南省交通厅重大科研课题“高速公路岩溶及采空区路、桥基础设计施工与质量监控方法研究”,基于系统理论的观点,分别从确定性和非确定性两方面对其展开深入研究,最后通过工程应用的反馈,形成一套较系统的岩溶区路桥基础下溶洞稳定性的分析与评价方法。 本文首先在深入分析已有评价方法的基础上,分别提炼出11个和9个影响路基和桥基下溶洞稳定性的主要因素,结合层次分析法分别建立出岩溶区路桥基础下溶洞稳定性的模糊二级评判模型,采用隶属函数曲线和隶属函数表建立了连续型和离散型因素的隶属度函数,并引入灰色关联分析和Dephi法给出了相应的权重分配方法,从而建立出岩溶区路桥基础下溶洞稳定性的模糊二级评判方法。 进而基于极限平衡分析理论,考虑到溶洞顶板稳定性分析参数和评价的模糊性,分别建立出路桥基础下岩溶顶板稳定性的模糊平衡分析模型;基于分解定理,导出了岩溶顶板稳定性安全系数的计算公式;并考虑到决策者的不同偏好建立出从隶属度值到可能性评价的转换标准及其评价方法,从而建立出系统的岩溶区路桥基础下溶洞顶板稳定性的模糊极限平衡分析方法。 通过对已有模糊集排序方法的深入研究,提出了一个既融合模糊序关系和序函数,又可同时考虑模糊极大集和模糊极小集作用的模糊集排序指标;并在前人工作基础上导出可有效提高效率的三角模糊数运算近似公式;结合模糊多属性决策方法和层次分析方法,提出了模糊多层次多属性决策的概念及方法,进一步建立出岩溶区路基稳定性的模糊多层次多属性决策模型,并解决了模糊属性集、模糊权集、模糊决策技术和模糊集排序等关键问题,从而形成了较完整的岩溶区路基稳定性的模糊多层次多属性决策方法。 此外还基于三角形有限单元的弹塑性数值流形方法,针对开挖模拟问题进行深入研究,解决了数值流形方法在开挖模拟中的网格智能化生成、释放荷载分析、荷载移置方法及开挖物理覆盖处理等难题。将其与强度折减技术结合,提出分析溶洞顶板稳定性的强度折减流形元法,并基于Visual C++编制了二维弹塑性流形元应用程序。通过大量数值分析得到了岩溶区高速公路路基下溶洞顶板的最小安全厚度。 考虑到基桩下溶洞稳定性分析难以简化为一个二维问题,本文还采用成熟的商业有限元软件,通过建立合理的分析模型,确定有效的破坏准则,并在求解安全系数过程中引入二分法思想,分别建立出高速公路路基和桥基下溶洞顶板稳定

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．2 研究现状与文献综述

1．2．1 岩土工程模糊分析方法研究进展

1．2．2 模糊多属性决策研究进展

1．2．3 岩土工程数值分析方法研究进展

1．3 本文研究思路与主要内容

第2章 岩溶区高速公路路桥基础稳定性模糊综合评判方法研究

2．1 引言

2．2 岩溶区高速公路路基稳定性模糊综合二级评判方法研究

2．2．1 岩溶区高速公路路基稳定性影响因素

2．2．2 岩溶区高速公路路基稳定性模糊综合二级评判模型

2．2．3 岩溶区高速公路路基稳定性模糊综合评判方法

2．2．4 实例分析

2．3 岩溶区高速公路桥基稳定性模糊综合评判方法研究

2．3．1 桥基下溶洞顶板稳定性影响因素

2．3．2 桥基下溶洞顶板稳定性模糊综合二级评判模型

2．3．3 桥基下溶洞顶板稳定性模糊综合二级评判方法

2．4 本章小结

第3章 溶洞顶板稳定性模糊极限平衡分析方法研究

3．1 模糊集基本理论

3．1．1 模糊集及三角模糊数定义

3．1．2 分解定理

3．1．3 模糊数运算

3．2 高速公路路基下溶洞顶板稳定性模糊极限平衡分析

3．2．1 高速公路路基下溶洞顶板稳定性的模糊极限平衡分析模型

3．2．2 参数模糊集的构造方法

3．2．3 稳定性评价方法

3．3 桥基下溶洞顶板稳定性的模糊极限平衡分析

3．3．1 桥基下溶洞顶板模糊极限平衡分析模型

3．3．2 计算参数模糊集的构造

3．3．3 稳定性评价方法

3．4 本章小结

第4章 岩溶区路基稳定性评价的模糊多层次多属性决策方法研究

4．1 模糊多层次多属性决策方法概述

4．1．1 模糊多属性决策方法起源及进展

4．1．2 模糊多层次多属性决策方法基本模型

4．2 广义模糊合成算子及三角模糊数近似算法研究

4．3 模糊集排序方法研究

4．4 岩溶区路基稳定性评价的模糊多层次多属性决策方法研究

4．4．1 岩溶区路基稳定性评价的模糊多层次多属性决策模型研究

4．4．2 模糊属性集建立方法研究

4．4．3 模糊权集确定方法研究

4．5 工程实例

4．5．1 模糊属性集的构造

4．5．2 模糊权值确定

4．5．3 模糊决策及排序

4．6 本章小结

第5章 公路路基岩溶顶板安全厚度确定的数值流形方法研究

5．1 引言

5．2 基于三角形有限单元覆盖的数值流形方法研究

5．2．1 基于三角形有限单元的流形单元位移函数

5．2．2 三角形有限单元覆盖的初应力矩阵

5．2．3 三角形有限单元覆盖的点荷载矩阵

5．2．4 三角形有限单元覆盖的体荷载矩阵

5．2．5 三角形有限单元覆盖的固定点对刚度矩阵的贡献

5．3 基于三角形有限单元的流形元网格自动生成技术

5．4 流形元覆盖系统编号系统的形成方法

5．4．1 流形单元物理覆盖号形成原则

5．4．2 流形单元覆盖系统形成方法

5．4．3 流形单元覆盖编号系统形成的局部调整

5．5 弹塑性数值流形方法原理及实现

5．6 开挖模拟的数值流形方法研究

5．6．1 开挖模拟的数值流形分析方法

5．6．2 数值流形方法开挖模拟计算的实施

5．6．3 程序框图

5．6．4 算例

5．7 路基下溶洞顶板稳定性的强度折减流形元法研究

5．7．1 弹塑性流形元法破坏标准

5．7．2 溶洞顶板稳定性分析的流形元模型

5．7．3 安全系数求解

5．8 本章小结

第6章 溶洞顶板稳定性评价的强度折减有限元法研究

6．1 引言

6．2 强度折减技术

6．2．1 强度折减技术起源及进展

6．2．2 强度折减技术基本原理

6．3 桥基下溶洞顶板稳定性的强度折减有限元法研究

6．3．1 弹塑性有限元破坏标准

6．3．2 有限元模型

6．3．3 安全系数求解方法研究

6．3．4 工程实例

6．4 本章小结

第7章 高速公路岩溶区路、桥基础稳定性评价方法及其工程应用研究

7．1 工程概况

7．2 模糊评判方法在高速公路路基及桥基稳定性评价中的应用

7．2．1 模糊评判在路基下溶洞稳定性评价中的应用

7．2．2 模糊综合评判在桥基下溶洞稳定性评价中的应用

7．3 公路路基和桥基下溶洞顶板稳定性的模糊极限平衡分析方法应用

7．3．1 路基下溶洞顶板稳定性的模糊极限平衡分析方法应用

7．3．2 桥基下溶洞顶板稳定性的模糊极限平衡分析方法应用

7．4 高速公路路基下溶洞稳定性的模糊多层次多属性决策方法应用

7．5 潭邵高速公路路基稳定性的强度折减流形元法分析

7．5．1 几何模型及分析方案

7．5．2 分析结果整理

7．6 强度折减有限元方法工程应用研究

7．6．1 确定路基下溶洞顶板最小安全厚度的强度折减有限元法研究

7．6．2 高速公路岩溶区桥梁基础下溶洞顶板稳定性的有限元分析

7．7 非确定性方法和确定性方法的比较

7．8 本章小结

结论及展望

参考文献

致谢

附录A (攻读博士学位期间发表的学术论文)

附录B (攻读博士学位期间参与的研究课题)

发布时间: 2006-05-10

参考文献

• [1].岩溶区基桩荷载传递机理及其竖向承载力研究[D]. 龚先兵.湖南大学2018

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