基于基于有限元法的地基基础可靠度分析与优化设计

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1、华中科技大学硕士学位论文基于有限元法的地基基础可靠度分析与优化设计姓名：雷红军申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：龚文惠20060424华中科技大学硕士学位论文摘要地基基础工程中存在大量的不确定因素，工程设计中处理这些不确定性的方法是安全系数法。安全系数法在理论上存在一些缺陷，其结果无法完整清晰地评价工程安全度，经常会造成工程设计的较大风险或设计上的浪费。而可靠度设计计算方法比安全系数法更科学合理，可以弥补安全系数法的诸多不足，得出更多合理的安全性评价指标。因而地基基础工程中可靠度方法的应用研究具有重要的理论与实际意义。本文运用理论分析、试验分析与数值模

2、拟等手段，对结构可靠度计算方法、基于有限元法的地基基础可靠度分析及优化设计等问题进行了重点研究，主要内容如下：（1）介绍了结构可靠度理论的基本概念与常用计算方法；基于误差传播理论，提出一种较为简单的可靠度计算方法，通过对膨胀土路基沉降的可靠度计算及与JC法计算结果的比较，表明该方法简单可靠，精度能满足工程要求。（2）介绍了两种常用的蒙特卡罗抽样方法；通过水泥复合土工程试验实例研究了统计学中正交试验设计法在土工试验中的应用，表明该方法科学合理，可大大减少试验次数；在此基础上，将正交试验法应用于蒙特卡罗抽样，提出一种改进的抽样方法，可减少蒙特卡罗法的模拟次数，提高

3、模拟效率。（3）将蒙特卡罗法与有限元法相结合，借助于ANSYS软件，在计算机上实现蒙特卡罗－有限元法分析结构的可靠度。通过筏板基础的可靠度分析，表明该方法可方便地进行地基基础可靠度分析、显著提高可靠度分析的效率与精度。（4）运用结构优化设计理论与结构有限元分析方法，探讨了基础工程的优化设计，借助ANSYS软件实现优化设计的过程。以筏板基础可靠度为状态函数，通过优化迭代过程实现了筏板厚度的优化。关键词：可靠度；地基基础；有限元；优化设计I华中科技大学硕士学位论文AbstractTherearemanyindeterminatefactorsinfoundatio

4、nengineering,traditionalmethodtosolvethisprobleminengineeringdesignissafetyfactormethod.Thereisdefectinsafetyfactormethod,itsresultscannotevaluatesafetydegreeoftheengineeringcompletelyandclearly,andusuallyresultingreatriskorwasteinengineeringdesign.Reliabilitydesignmethod,whichismor

5、escientificandreasonable,canmakeupthedefectofsafetyfactormethod,andmorereasonablesafetyevaluationindicatorcanbeobtained.Therefore,thereisimportanttheoreticalandpracticalmeaningtostudytheapplicationofreliabilitycalculationmethodingeotechnicalengineering.Thisthesisweightilystudiesther

6、eliabilityanalysisandoptimizationdesignoffoundationengineeringbasedonFEM,bymeansoftheoryanalysis,testanalysisandnumericalsimulation.Followingaretheprimarycontents.Firstly,thebasicconceptandtheusuallyusedcalculationmethodsofstructuralreliabilityareintroduced.Aneasiermethodforsolvingt

7、hestructuralreliabilityisbroughtoutbasedonthetheoryoferrordiffusion.Calculatingthereliabilityofsettlementoftheexpensivesoilroadbed,comparingwiththeresultofJCmethod,itindicatesthatthisnewmethodismoresimpleandreliable,andtheprecisionoftheresultcanmeettherequestoftheproject.Secondly,tw

8、osamplemethodsofMon