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随着我国城市化的高速发展,城市人口数量激增,对城市配套基础设施的需求也在不断增长,城市用地的紧张局面与开发热潮之间的矛盾日趋严峻,填坑(湖)造地或者在坡地上开发建设愈来愈常见,如何安全、经济、合理的进行建设场地的开发越来越引起人民的广泛关注。
广西平乐县正面临着招商引资与城市用地紧张的困境,为了缓解城市用地的紧张局面,计划将废弃的平乐二塘锰矿区改造成建设用地,把全县工业集中从城区转移至此,建立平乐县二塘工业集中区。首先需要对废弃的二塘锰矿区进行削高填低的场地整平工程,而填土边坡的稳定性评价是非常重要的,因此,应对填土边坡进行可靠性分析以及必要的优化设计。
众所周知,若在有限的土地范围内进行填方工程,坡角取值越小,边坡就越安全,边坡失稳破坏的概率也就越小,但坡度越小,放坡所占土地面积就会增加,坡顶的有效建设用地面积就相应越少,因而就会增加土地成本(土地成本为土地总价与有效使用面积之积),反之,如果坡角取值较大,填土边坡就会成为高陡边坡,虽然增加了建设用地面积,但增加了填土方量,边坡的破坏概率也会大大增加,为了保证填土边坡的安全,就要采取必要的工程防护措施,但投资就会相应增加。因此,应在保障填土边坡安全稳定的前提下对其进行优化设计。
本文以广西平乐县二塘锰矿区填土边坡的优化设计为主线,从填土边坡的稳定性分析出发,建立填土边坡可靠性分析的极限状态方程,并对已有填土边坡进行可靠度分析,在确保设计填土边满足安全约束的前提下,全面考虑工程造价与风险造价,以最小期望造价为目标函数,应用数学原理以及优化原理,建立填土边坡的优化模型,并通过编制MATLAB计算机程序进行优化计算。
论文主要从以下几个方面对广西平乐县二塘锰矿区填土边坡进行可靠度分析及其优化设计:
首先,通过对二塘锰矿区的资料收集、实地调查以及前人的研究资料,总结分析填土边坡变形破坏的基本形式及其破坏机理。
接着,从填土性质的不确定性着手,将可靠性理论引入到填土边坡的稳定性分析过程中。并在圆弧法基本原理的基础上,将填土边坡的滑动面假设为抛物线型,建立极限平衡方程,通过对最危险滑动面的搜索,确定出最危险滑动面方程,并采用相应的可靠性分析方法对其进行可靠度分析。
最后,在对填土边坡进行可靠度分析的基础上,全面考虑填土边坡的工程造价与风险造价,基于优化理论与数学模型,以最小期望造价为目标函数,以坡高、坡角为设计变量,建立填土边坡的优化设计模型。并通过计算分析,从而为平乐二塘锰矿区的填土边坡工程提供一个安全、经济、合理的填土坡角。