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摘要: 为了完善加筋土路堤极限状态设计方法, 分析了加筋土路堤稳定可靠性设计的分项系数。基于大量工程实测资料和文献资料的统计分析, 初步确定了填料密度、填料粘聚力、填料内摩擦角、汽车荷载、筋材抗拉强度、筋土似摩擦系数和路基几何参数等参数不定性系数的统计结果和概率分布模型。针对加筋土路堤的筋材拉断、筋材拔出、基底滑动以及整体滑动4种失效模式, 按照抗力最小二乘原理, 优化得到了相应的恒载分项系数、活载分项系数与抗力分项系数。计算结果表明: 实例工程在4种失效模式下的总抗力均大于总恒载与总活载之和, 同时安全系数均满足规范要求。可见, 优化得到的分项系数合理。Abstract: In order to perfect the limit state design method of reinforced embankment, partial factors of stable reliability design was analyzed, the statistic results and probability distribution model of uncertainty coefficients of random variables such as filler density, cohesion, angle of internal friction, vehicle load, tensile strength of geosynthetics, pseudo-friction coefficient and geometric parameters of embankment, were obtained preliminarily based on statistical analysis of field data and literature material.According to the least square principle of structure resistance, partial factors of resistance, partial factors of dead load, partial factors of live load of reinforced embankment were optimized in four failure modes including the fracture of geosynthetics, pullout of geosynthetics, basal slide and global slide.Calculation result indicates that resistance is larger than sum of dead load and live load under four failure modes, and safe factors can meet standard requirements, so the optimized partial factors are reasonable.
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表 1 土性参数统计值
Table 1. Statistical values of soil parameters
公路名称 桩号 土样类型 样本容量 密度/(g·cm-3) 粘聚力/kPa 内摩擦角/(°) 均值 方差 均值 方差 均值 方差 广州—韶关高速公路 K275+010 砂性土 20 1.81 0.56 30.22 1.28 27.76 0.63 K190+020 粘性土 20 1.81 0.82 42.40 10.64 36.16 1.99 K162+050 粘性土 20 1.87 0.53 37.58 3.30 29.37 1.72 商丘—荷泽高速公路 K4+010 低液限粘土 20 1.89 0.63 33.78 6.32 33.12 1.16 石家庄—安阳高速公路 K292+800 低液限砂土 20 1.91 0.39 45.04 5.69 31.78 0.98 临汾—祁县高速公路 K963+700 粉质低液限粘土 20 1.89 0.80 52.33 5.56 30.18 4.33 K949+800 粉质低液限粘土 20 1.87 0.69 48.72 3.32 32.12 2.22 重庆—遂宁高速公路 K65+400 低液限砂土 20 1.90 1.08 31.58 6.48 33.93 1.43 K65+800 低液限粘土 20 1.96 0.79 33.96 7.20 31.80 2.96 上海—南京高速公路 K106+800 粘土 20 1.79 0.66 57.34 6.90 25.81 0.80 K168+500 中液限粘土 20 1.66 0.74 24.33 5.62 32.44 0.51 K258+400 高液限粘土 20 1.80 0.45 36.05 1.13 28.15 0.71 
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表 2 汽车荷载效应统计参数和概率分布
Table 2. Statistical parameters and probability distribution of vehicle load effects
汽车运行状态 统计参数 概率模型 均值 变异系数 一般运行状态 0.686 1 0.156 9 极值Ⅰ型 密集运行状态 0.799 5 0.086 2 极值Ⅰ型
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表 3 目标可靠指标
Table 3. Target reliability indexes
破坏类型 安全等级 一级 二级 三级 延性破坏 3.7 3.2 2.7 脆性破坏 4.2 3.7 3.2
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表 4 路堤稳定的目标可靠指标
Table 4. Target reliability indexes of embankment stability
公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 目标可靠指标 2.54~3.00 2.42~2.86 2.20~2.60
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表 5 荷载效应和抗力参数统计
Table 5. Statistical values of load effect and resistance
失效模式 恒载不定性系数 汽车荷载不定性系数 抗力不定性系数 均值μKG 变异系数δKG 均值μKQ 变异系数δKQ 均值μKR 变异系数δKR 抗拉稳定 1.215 0.117 0.566 1 0.237 1.200 0.243 抗拔稳定 1.060 0.076 0.686 1 0.163 1.110 0.100 基底抗滑稳定 1.155 0.142 0.689 2 0.346 1.415 0.192 整体抗滑稳定 1.060 0.062 0.566 1 0.237 1.035 0.207
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表 6 恒载+汽车荷载组合下的分项系数
Table 6. Partial factors under the combination between dead load and vehicle load
稳定状态 恒载分项系数γG 活载分项系数γQ 抗力分项系数γR 内部稳定性 筋材抗拉 1.1 1.4 1.58 筋材抗拔 1.1 1.2 1.02 外部稳定性 基底抗滑动 1.1 1.3 1.05 整体抗滑动 1.2 1.2 1.17
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表 7 不同失效模式下的稳定安全系数、抗力与荷载值
Table 7. Safety factors, resistances and loads under different failure modes
稳定状态 安全系数 总恒载/kN 总活载/kN 总抗力/kN 筋材抗拉 1.28 560.00 91.10 675.4 筋材抗拔 6.92 1.95 1.66 9.8 抗基底滑动 1.65 2 499.50 145.40 3 523.2 抗深层滑动 1.34 2 520.10 67.10 2 674.9 注: 筋材抗拔稳定以最小安全系数为例进行验算。
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