肋板式锚杆挡土墙构件强度可靠性与岩土参数随机性影响分析
Analysis of the Influence of Geotechnical Parameter Randomness on the Strength Reliability of Rib-Plate Anchor-Retaining Wall Components
摘要: 肋板式锚杆挡土墙的受力状态受墙后岩土参数影响显著,而实际岩土参数具有一定随机性。本文以普通肋板式锚杆挡土墙为研究对象,将土体重度、黏聚力和内摩擦角作为基本随机变量,建立主动土压力向面板、肋柱及锚杆连续传递的可靠度计算模型,并基于JC验算点法分析面板受弯、肋柱受弯、锚杆杆体受拉和锚固段抗拔4种失效模式的可靠水平及岩土参数变异性的影响。研究表明:基准工况下,肋柱受弯可靠指标为3.62,是挡墙的控制失效模式;面板受弯可靠指标为4.27,锚杆杆体受拉和锚固段抗拔可靠指标均大于7,具有较高的安全储备。内摩擦角对各失效模式可靠度的影响最大,黏聚力次之,土体重度相对较小。岩土参数离散程度增大会显著降低体系可靠度,且肋柱受弯始终为控制失效模式;当黏聚力变异系数不超过14%时,体系控制可靠指标可维持在3.2以上;对比不同墙高可知,岩土参数敏感度与挡墙高度呈正相关,控制失效指标也随墙高增加从肋柱变为面板。研究结果可为肋板式锚杆挡土墙的可靠度评价与设计提供依据。
Abstract: The mechanical response of ribbed anchored retaining walls is strongly affected by geotechnical parameters behind the wall, which exhibit inherent randomness. In this study, a conventional ribbed anchored retaining wall is investigated. Soil unit weight, cohesion, and internal friction angle are treated as basic random variables, and a reliability model is established to represent the continuous transfer of active earth pressure to the facing panel, rib column, and anchors. The JC checking-point method is employed to evaluate the reliability of four failure modes, namely facing-panel bending, rib-column bending, anchor-tendon tension, and anchorage pullout, as well as the influence of geotechnical parameter variability. Results show that under the baseline condition, the reliability index of rib-column bending is 3.62, making it the governing failure mode; the index for facing-panel bending is 4.27, while those for anchor-tendon tension and anchorage pullout exceed 7, indicating substantial safety reserves. The reliability of all failure modes is most sensitive to the internal friction angle, followed by cohesion and soil unit weight. Increasing parameter variability markedly reduces system reliability, with rib-column bending remaining the governing mode. When the coefficient of variation of cohesion does not exceed 14%, the governing reliability index remains above 3.2. By comparing different wall heights, it can be observed that the sensitivity of geotechnical parameters is positively correlated with the height of the retaining wall; likewise, the control failure index also varies from the rib columns to the panel as the wall height changes. The results provide a basis for reliability assessment and design of ribbed anchored retaining walls.
文章引用:李谦, 刘泽, 冯兆仑, 潘迅, 王禹横. 肋板式锚杆挡土墙构件强度可靠性与岩土参数随机性影响分析[J]. 土木工程, 2026, 15(10): 16-27. https://doi.org/10.12677/hjce.2026.1510234

参考文献

[1] 唐仁华, 陈昌富. 锚杆挡土墙可靠度分析与计算方法[J]. 岩土力学, 2012, 33(5): 1389-1395.
[2] 李忠, 丁盛环, 叶帅华. 土体参数变异性对框架锚杆加固黄土边坡可靠度影响分析[J]. 兰州理工大学学报, 2021, 47(2): 127-131.
[3] 朱彦鹏, 马孝瑞, 魏鹏云. 基于改进一次二阶矩法的可靠度理论在高填方边坡加固中的应用[J]. 科学技术与工程, 2019, 19(27): 351-357.
[4] 汤彬彬, 陈东, 赵紫红, 等. 基于可靠度指标优化模型的挡土墙稳定性分析[J]. 西部交通科技, 2022(3): 6-10, 22.
[5] 贾良, 伦培元. 基于矩法的重力式挡土墙可靠度设计方法研究[J]. 中外公路, 2022, 42(4): 1-5.
[6] 刘云龙, 张道兵, 张标, 等. 基于孔隙水效应的多失效模式下挡土墙可靠性分析[J]. 湖南科技大学学报(自然科学版), 2022, 37(1): 1-9.
[7] 王成洋, 张佳华, 肖超, 等. 基于响应面法的挡土墙多失效模式可靠度分析[J]. 铁道科学与工程学报, 2020, 17(4): 882-890.
[8] 宋鑫华, 闫鸿浩, 徐佩洪. 基于非线性化衡重式挡土墙稳定性分析[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(2): 98-103.
[9] 陈辉, 薛亚东, 张东明, 等. 三维土体强度参数空间变异下重力式挡墙系统可靠度分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(12): 3973-3984.
[10] 董建华, 董旭光, 朱彦鹏. 随机地震作用下框架锚杆锚固边坡稳定性可靠度分析[J]. 中国公路学报, 2017, 30(2): 41-47.
[11] 王上上, 陈富, 李东贤, 等. 锚杆不确定性对加固边坡失稳概率的影响[J]. 地质科技通报, 2022, 41(2): 282-289.
[12] 唐仁华, 历永杰. 基于全概率法的锚杆挡墙中锚杆设计[J]. 公路交通科技, 2019, 36(12): 47-52.
[13] 宋云连, 付宇, 等. 基于MATLAB的重力式挡土墙可靠度计算程序开发及其应用[J]. 计算机应用与软件, 2023, 40(2): 96-101.
[14] 李斌, 胡学超. 基于子集模拟的铁路路基重力式挡土墙系统可靠度分析[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2024, 48(5): 953-958.
[15] 林鑫, 谭晓慧, 董小乐, 等. 基于顺序组件法的系统可靠度敏感性分析方法[J]. 岩土工程学报, 2022, 44(1): 98-106+201.
[16] 曾鹏, 陈语, 李天斌. 基于拟牛顿近似二阶法的岩土工程系统可靠性分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2018, 37(3): 726-733.
[17] 张蕾, 唐小松, 李典庆, 等. 基于Copula函数的岩土结构物系统可靠度分析[J]. 岩土力学, 2016, 37(1): 193-202.
[18] 陈祖煜, 黎康平, 李旭, 等. 重力式挡土墙抗滑稳定容许安全系数取值标准初探[J]. 岩土力学, 2018, 39(1): 1-10.
[19] 陈祖煜, 詹成明, 姚海林, 等. 重力式挡土墙抗滑稳定分析安全判据和标准[J]. 岩土力学, 2016, 37(8): 2129-2137.
[20] 李典庆, 周强, 曹子君. 基于广义可靠指标相对安全率的岩土工程设计安全判据[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3977-3986.
[21] 骆佐龙, 徐航, 董峰辉. 基于可靠度逆分析理论的公路挡土墙稳定安全系数研究[J]. 结构工程师, 2020, 36(2): 65-70.