水利工程論文-擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)決策研究.doc

水利工程論文-擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)決策研究摘要：擋土墻作為一般土建工程的攔土建筑物常用在閘壩翼墻和渡槽、倒虹吸的進(jìn)出口過(guò)渡段，它的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題常被忽視。實(shí)際上各類擋土墻間的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益差別是相當(dāng)大的。而一些工程的現(xiàn)實(shí)條件又使一些常用擋土墻呈現(xiàn)出諸多方面局限性。黃壁莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的擋土墻建設(shè)在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面向前邁進(jìn)了一步，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面取得明顯效果，其經(jīng)驗(yàn)可供同類工程建設(shè)參考。關(guān)鍵詞：減壓式擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)決策研究黃壁莊水庫(kù)1問(wèn)題與思路1.1問(wèn)題的提出為建設(shè)黃壁莊水庫(kù)副壩防滲墻，擬在副壩下游側(cè)樁號(hào)2+000和3+750處的壓坡平臺(tái)上興建2座產(chǎn)量200m3/h的大型混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)含2個(gè)長(zhǎng)寬高為60608.4m一次儲(chǔ)量7000m3的儲(chǔ)料場(chǎng)和2座21.5m3的強(qiáng)制式機(jī)組的拌和樓見(jiàn)圖1。由于副壩是整個(gè)水庫(kù)工程存在隱患最多的部位，水庫(kù)主管單位對(duì)在壓坡平臺(tái)上興建工程嚴(yán)加限制：一不得深挖；二不得寬挖。保證在除險(xiǎn)加固完成前副壩的安全度汛。在地形條件受限制的情況下，如何確保儲(chǔ)料場(chǎng)按計(jì)劃完成，關(guān)鍵在擋土墻設(shè)計(jì)。如何在眾多形式的擋土墻中選擇一種適合現(xiàn)場(chǎng)條件的檔土墻結(jié)構(gòu)是當(dāng)前必須研究的課題。檔土墻作為一般攔土結(jié)構(gòu)物，常用在閘壩的翼墻和渡槽、倒虹吸的進(jìn)出口邊墻及其他路堤擋土部位等。對(duì)這類工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題往往易被忽視。我們的實(shí)踐表明，各類擋土墻的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有著相當(dāng)大的差別。本項(xiàng)研究，從工程實(shí)際出發(fā)，意圖在如減壓式擋土墻、重力式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻等四種結(jié)構(gòu)中進(jìn)行雙向優(yōu)選，即進(jìn)行本類的優(yōu)選設(shè)計(jì)和各類之間的優(yōu)選比較，最后確定一種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況最優(yōu)、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性最好的擋土墻方案用于本工程?，F(xiàn)將研究過(guò)程介紹如下。1.2課題研究思路該課題的研究思路分三步的研究思路。第一步，首先確定方案比選的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)去人們的觀點(diǎn)認(rèn)為擋土墻形狀各異，結(jié)構(gòu)不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)，要比較相當(dāng)困難。實(shí)際上任何形式的擋土墻功能都是擋土攔土，因此研究認(rèn)為，它們的正常擋土狀態(tài)就應(yīng)當(dāng)是一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而這個(gè)正常的擋土狀態(tài)正是現(xiàn)行的規(guī)范狀態(tài)，在規(guī)范狀態(tài)下這些參與比選的各類擋土墻是處在同一個(gè)設(shè)計(jì)水平上，因而可以比較。第二步，確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)決策方法。眾所周知，任何擋土墻的穩(wěn)定性特征值都是擋土墻背填土物理力學(xué)特性的函數(shù)，同時(shí)又受地基結(jié)構(gòu)特性的約束；對(duì)于擋土墻的經(jīng)濟(jì)造價(jià)，又與結(jié)構(gòu)特征相關(guān)的工程量及市場(chǎng)物價(jià)相關(guān)的分析單價(jià)密不可分。顯然，這些都是描述擋土墻特征的隨機(jī)變量。鑒于擋土墻具有上述特點(diǎn)，因此可以認(rèn)為每類擋土墻也是離散隨機(jī)變量，采用數(shù)學(xué)期望準(zhǔn)則和優(yōu)勢(shì)比較準(zhǔn)則完全能夠?qū)⒑x散隨機(jī)變量的各個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)劣比較，按照定義，離散隨機(jī)變量的一切可能值Xi與對(duì)應(yīng)的概率P（=Xi）的乘積之和稱為數(shù)學(xué)期望，記為M。如果隨機(jī)變量只取得有限個(gè)值：X1、X2、X3、Xi，而取得這些值的概率分別是P（x1）、P（x2）、P（x3）P（xi）則M=X1P（x1）+X2P（x2）+X3P（x3）XiP（xi）運(yùn)用到風(fēng)險(xiǎn)決策中來(lái)，以M值最小為最優(yōu)方案。優(yōu)勢(shì)比較準(zhǔn)則實(shí)際是將方案的技術(shù)效益或造價(jià)進(jìn)行比較。當(dāng)方案的隨機(jī)變量S1、S2、S3、Si與方案的隨機(jī)變量S1、S2、S3、Si對(duì)應(yīng)相減，其值為“0”或“+”值，則方案有優(yōu)勢(shì)；若相減后其值為“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，則方案不存在優(yōu)勢(shì)。第三步，選取擬比較的能反映方案特性的隨機(jī)變量可能值。研究認(rèn)為，方案的規(guī)范狀態(tài)，擋土墻的墻基應(yīng)力，墻基對(duì)圍巖的擾動(dòng)度參數(shù)擋土墻的寬高比B/H和相對(duì)避擾度、工程造價(jià)及相對(duì)效益A等值，基本能描述擋土墻的特征，而且這些變量在分析過(guò)程中都能一一取得。故以它們作為研究比較的隨機(jī)變量是合理的。第四步，搜索各類擋土墻的規(guī)范狀態(tài)并按數(shù)學(xué)期望準(zhǔn)則和優(yōu)勢(shì)比較準(zhǔn)則分別考核各個(gè)待選方案。選出最優(yōu)秀方案。2各類擋土墻的設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1確定計(jì)算擋土墻的土壓力理論目前計(jì)算土壓力的理論有多種，而各種理論又用各自不同的假設(shè)分析方法來(lái)求算土壓力。根據(jù)初步篩選，除減壓式擋土墻外，其余重力式擋土墻，懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻背墻頂與墻踵連線傾角均大于臨界角er，本工程er=45-/2。盡管一些方案的墻背可能出現(xiàn)第二滑裂面，盡管采用