第三十零章 可靠性分析

30.5.1工程背景

路基的沉降计算和预测在道路工程中有着十分重要的意义，解决软基路堤沉降问题，是高速公路设计与施工的关键所在。土体是在人力无法控制的条件下形成的，其性质表现出很大的变异性。大量试验、统计表明，土体参数的变异系数远比一般的人工材料大。在地基沉降计算方面，概率分析方法可以较好地反映地基土的不确定性。目前地基沉降可靠度分析方法主要有两类：一是直接法进行的沉降可靠度分析，但过于简单；二是基于随机有限元的地基沉降概率计算方法，理论比较复杂，不易掌握。所以，如何把现有的有限元软件用于路基沉降的可靠度计算是很有实际意义的。

30.5.2问题的描述

1．模型的几何尺寸
路基模型如图1所示，上部分为路堤，下部分为路基，模型尺寸如图30-16所示。

图30-16  路基模型简图

2．单元的选择及材料常数
采用ANSYS的4节点PLANE42单元模拟，考虑其大变形影响。使用完全牛顿?拉弗森算法。不考虑土体的排水固结，按总应力法计算。采用Drucker-Prager模型描述土体的非线性。模型计算材料参数见表30-2。

表30-2  路基模型材料常数

考虑密度与弹性模量的随机性，设密度和弹性模量均服从正态分布。基本随机变量见表30-3。采用ANSYS软件的蒙特卡罗模拟方法进行可靠度计算，进行200次循环计算进行可靠性分析。

表30-3  路基沉降随机变量分布表

3．边界条件
边坡右侧和坡角左侧均为水平约束边界条件，底面为全部固定边界条件。对于本实例路基，外载荷仅为重力。