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边坡稳定性分析及抗滑桩设计可视化软件系统研发

作　者: 何昂
导　师: 赵德安
学　校: 兰州交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 边坡稳定性分析抗滑桩设计遗传算法有限差分法可视化软件设计
分类号: TU476
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 2次
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内容摘要

随着我国基础设施建设的高速发展,边坡稳定性分析和滑坡整治设计等工程问题越来越多。而抗滑桩工程由于抗滑桩具有适应性强、多桩同时施工、工期较短、抗滑能力强等多方面的突出优点成为滑坡地质灾害治理中一种主要的方法,在国内外均得到了迅速的发展,广泛地为人们所重视。在充分研究边坡稳定性分析和抗滑桩设计计算现有理论与方法的基础上,依据《建筑边坡工程技术规程》(GB50330-2002)、《铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025-2001J127-2001)和《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002),采用Visual Basic语言开发了边坡稳定性分析和抗滑桩设计计算软件系统。程序主要由边坡稳定性分析和抗滑桩设计计算两部分组成。其中,边坡稳定性分析包括搜索最不利滑面和计算边坡稳定安全系数;抗滑桩设计计算包括计算滑坡推力、抗滑桩桩身内力分析和抗滑桩配筋计算与绘图。遗传算法是模拟达尔文的生物进化理论提出来的一种算法,把生物进化过程中的选择、交叉、变异等概念引入到算法中,是一种全局概率的智能搜索方法,已经在许多领域得到了广泛应用。本文采用遗传进化算法搜索最危险滑动面,采用瑞典条分法计算边坡稳定安全系数,并编制了相应的计算机程序。和传统的优化算法相比,能够有效克服经典搜索方法易陷入局部极小值的缺点,也提高了运算速度和精度。该软件系统在实现过程中,选用面向对象的可视化程序设计语言Visual Basic 6.0作为系统的开发平台,采用菜单操作模式,用户界面友好、操作方便灵活,具有理想的结构计算结果及可视化输出。程序采用模块化设计,结构化编码,架构清晰,具有良好的可维护性和可扩展性。在边坡稳定性分析和滑坡推力计算部分,用户可以选择给定折线滑面计算,也可以选择给定滑体出入口计算。确定最危险滑面后,程序自动采用传递系数法计算各条块间滑坡推力,为下一步设计抗滑桩提供依据。程序可分析涉及若干土层的自然边坡和人工开挖边坡,可自动处理多级边坡。在抗滑桩设计计算部分,抗滑桩内力计算大多使用按弹性理论计算方法的查表法,比较麻烦,费时费力。本文利用有限差分法进行抗滑桩的内力计算,编制了相应的计算机模块,使用方便,设计效率高。抗滑桩配筋计算模块及AutoCAD配筋图绘制模块的加入进一步增强了软件的实用性。整个程序所有的输入输出数据都会自动保存,方便用户查询、修改、使用。计算分析结果有专门的界面显示输出,并可另存为RTF格式计算书,其中包括边坡几何形状、土层参数、荷载、最不利滑面信息、滑坡推力、抗滑桩内力图、配筋计算结果、配筋图等信息。程序完成了从边坡的稳定性分析到抗滑桩设计计算、配筋,计算结果输出保存,最后到AutoCAD自动成图的整个设计过程,达到了工程技术人员进行抗滑桩计算机辅助设计的基本要求,符合稳定性分析和抗滑桩设计的常规设计思路,并通过了工程实例的检验,能满足工程实际的需要,有着较为广泛的实用性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 国内外边坡稳定性研究现状与发展  11-13
    1.2.2 抗滑桩国内外研究现状与发展  13-14
    1.2.3 国内外边坡稳定性分析和抗滑桩设计软件研究现状  14-16
  1.3 主要研究目的与内容  16-17
    1.3.1 研究目的  16
    1.3.2 主要研究内容  16-17
2 边坡稳定性分析方法概述  17-25
  2.1 极限平衡法  18-20
  2.2 数值分析法  20-22
  2.3 用于边坡稳定性分析的其它方法  22-24
  2.4 本文采用的方法  24-25
3 普通抗滑桩设计与计算方法概述  25-37
  3.1 抗滑桩设计概要  25-29
    3.1.1 抗滑桩的设计要求和步骤  25-26
    3.1.2 抗滑桩的布设  26-27
    3.1.3 桩型选择  27-28
    3.1.4 桩的配筋计算和构造设计  28-29
  3.2 抗滑桩计算方法概述  29-37
    3.2.1 基本假定  29-30
    3.2.2 刚性桩的计算  30-32
    3.2.5 弹性桩的计算  32-37
4 软件系统分析与概要设计  37-45
  4.1 系统总体分析  37-39
  4.2 系统概要设计  39-42
  4.3 系统界面设计和程序实现  42-45
5 边坡稳定性分析模块详细设计与编程  45-60
  5.1 最不利滑面搜索  45-51
    5.1.1 遗传算法  45-49
    5.1.2 遗传算法的程序实现  49-51
  5.2 边坡稳定安全系数计算  51-60
    5.2.1 瑞典条分法  52-53
    5.2.2 瑞典条分法的程序实现  53-60
6 抗滑桩设计计算模块详细设计与编程  60-75
  6.1 滑坡推力计算及其程序实现  60-64
    6.1.1 滑坡推力计算  60-62
    6.1.2 滑坡推力计算的程序实现  62-64
  6.2 抗滑桩设计计算及其程序实现  64-73
    6.2.1 弹性桩的有限差分法计算  64-67
    6.2.2 弹性桩有限差分法的程序实现  67-73
  6.3 抗滑桩配筋计算与CAD出图及其程序实现  73-75
    6.3.1 弹性桩配筋  73
    6.3.2 弹性桩配筋CAD出图  73-75
7 工程实例应用  75-85
  7.1 边坡稳定分析实例  75-79
    7.1.1 工程实例介绍  75
    7.1.2 软件应用  75-79
  7.2 边坡稳定分析及抗滑桩设计计算工程实例  79-85
    7.2.1 工程实例介绍  79
    7.2.2 软件应用  79-85
8. 结论与展望  85-87
  8.1 结论  85-86
  8.2 展望  86-87
致谢  87-88
参考文献  88-91
攻读学位期间的研究成果  91

边坡稳定性分析及抗滑桩设计可视化软件系统研发

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