第一篇：飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

南京航空航天大學(xué)

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

研究總結(jié)報(bào)告

項(xiàng)目名稱： 飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 何 ?。▽W(xué)號：010610423）項(xiàng)目參加者： 黃達(dá)飛（學(xué)號：010610428）

顧海雷（學(xué)號：010610425）

項(xiàng)目指導(dǎo)教師： 陳普會（所屬院系：航空宇航學(xué)院）項(xiàng)目迄止時(shí)間： 2009 年 3 月～ 2010 年 11 月

南京航空航天大學(xué)教務(wù)處

2010年12月

飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

目錄

摘要…………………………………………………………………………………………2 第一章 引言………………………………………………………………………………4 第二章 2.1 2.2 2.3 第三章 3.1 3.2 第四章

有限元分析方法…………………………………………………………………5 結(jié)構(gòu)后屈曲分析……………………………………………………………5 漸進(jìn)損傷分析………………………………………………………………5 基于內(nèi)聚力模型的界面元分析……………………………………………6 試驗(yàn)件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………7 試驗(yàn)件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………7 有限元建模與分析…………………………………………………………7 工作總結(jié)………………………………………………………………………16飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

第一章 引言

飛行器的薄壁結(jié)構(gòu)由于自身明顯的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。對于—般薄壁結(jié)構(gòu)，其蒙皮在處于較低的應(yīng)力水平時(shí)便可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，但這不等于整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，它仍具有一定的承載能力。所以，研究薄壁結(jié)構(gòu)后屈曲狀態(tài)下的承力特性和應(yīng)力分析方法，對于提高結(jié)構(gòu)承載能力、減輕重量、改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都將具有重要意義。

隨著先進(jìn)復(fù)合材料在飛行器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念正在發(fā)生變革，目前的主要發(fā)展趨勢是采用整體化的設(shè)計(jì)思想。整體化設(shè)計(jì)指的是將若干個(gè)零件設(shè)計(jì)成一個(gè)較大的整體件，從而減少零件數(shù)量，減少連接件和連接過渡區(qū)附加重量、減少裝配，進(jìn)而減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本。整體化工藝設(shè)計(jì)也日益受到重視與應(yīng)用，如B-2飛機(jī)外翼整體翼面壁板、正弦波腹板梁、機(jī)翼整體下翼面壁板、A380安定面格柵結(jié)構(gòu)壁板、整體纏繞機(jī)身等。

鑒于上面所述，本文重點(diǎn)研究復(fù)合材料整體壁板的后屈曲承載能力，設(shè)計(jì)了L型單筋條壁板試驗(yàn)件，采用ABAQUS商業(yè)化有限元分析軟件共建立了3種分析模型，對其軸壓失效過程進(jìn)行了模擬分析。

三種有限元分析方法：結(jié)構(gòu)后屈曲分析；漸進(jìn)損傷分析；基于內(nèi)聚力模型的界面元分析。

飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

??11 ??Xt???12???13??????1,(?11?0)(2-1)???SS??12??13?纖維壓縮失效：

?11Xc?1,(?11?0)(2-2)基體拉伸失效：

??22??33???232??22?33???12???13??????????1,(?22??33)?0???2YSSSt23?????12??13?22(2-3)基體壓縮失效：

??22??33?Yc?22??????2??2???????Yc?2233232233?????1???????2??2S23?2S23?S23???????2(2-4)????????12???13??1,(?22??33)?0?S12??S13?其中Xc和Xt是纖維方向的壓縮和拉伸強(qiáng)度，Yc和Yt是橫向壓縮和拉伸強(qiáng)度，S12，S13，S23分別是1-

2、1-

3、2-3方向的剪切強(qiáng)度。

在ABAQUS分析軟件中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料初始損傷判據(jù)基于Hashin準(zhǔn)則，由上面知該判據(jù)考慮四種破壞機(jī)理：纖維拉伸、纖維壓縮、基體拉伸、基體壓縮。在后面將采用Hashin準(zhǔn)則分析復(fù)合材料失效的情況。

2.3 基于內(nèi)聚力模型的界面元分析

內(nèi)聚力模型（Cohesive zone model）是對復(fù)合材料界面的一種簡化，但通過適當(dāng)?shù)剡x取參數(shù)，可以反映出界面層的特性。內(nèi)聚單元是基于內(nèi)聚力模型的界面元在有限元中的應(yīng)用。在ABAQUS中，可通過內(nèi)聚單元的損傷萌生、失效來模擬復(fù)合材料界面的分層起始擴(kuò)展過程。

內(nèi)聚單元是一種基于內(nèi)聚力模型的零厚度界面元，主要用來模擬分析粘結(jié)層、復(fù)合材料界面層、補(bǔ)片等的破壞。采用強(qiáng)度準(zhǔn)則判斷內(nèi)聚單元的損傷萌生，損傷萌生后則采用Griffith能量破壞準(zhǔn)則，同時(shí)也可以根據(jù)應(yīng)變值判斷其損傷萌生及破壞過程。本文將在筋條和蒙皮之間加入內(nèi)聚力單元來模擬筋條和蒙皮之間的脫膠破壞情況。

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按照上面所述方法進(jìn)行建模，分別建立蒙皮和L型筋條兩個(gè)部件，然后通過Tie將其連接。圖3.1和3.2為L模型復(fù)合材料鋪設(shè)圖和網(wǎng)格劃分圖。圖3.1不同顏色表示所鋪復(fù)合材料方向不同。蒙皮單元尺寸長2.5mm、寬2.5mm，共有1600個(gè)單元；筋條網(wǎng)格尺寸長2.5mm、寬2.5mm，共1600個(gè)單元。

圖3.1 L模型復(fù)合材料鋪設(shè)圖 圖3.2 L模型網(wǎng)格劃分圖

首先對L模型進(jìn)行特征值屈曲分析，得到一階屈曲模態(tài)圖（變形系數(shù)為1）如圖3.3所示。然后將初始屈曲模態(tài)的橫向位移值作為初始擾動加入到L型壁板軸壓承載分析中，可得到位移載荷為5mm時(shí)的結(jié)構(gòu)變形圖（圖3.4）和位移載荷曲線圖（圖3.5）。

圖3.3 L模型一階屈曲模態(tài)圖

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型，進(jìn)而進(jìn)行考慮漸進(jìn)損傷的結(jié)構(gòu)后屈曲分析。

應(yīng)用Hashin準(zhǔn)則所需要的復(fù)合材料T700/BA9916的強(qiáng)度指標(biāo)為：縱向拉伸強(qiáng)度Xt=2688MPa，縱向壓縮強(qiáng)度Xc=1458MPa，橫向拉伸強(qiáng)度Yt=69.5MPa，橫向壓縮強(qiáng)度Yc=236MPa，縱向剪切強(qiáng)度S12=S13=136MPa，橫向剪切強(qiáng)度S23=105MPa。

復(fù)合材料鋪層、單元選擇、網(wǎng)格劃分情況等均與（1）中模型完全相同，故而特征值屈曲分析時(shí)可得到相同的一階屈曲模態(tài)圖（圖3.3），然后將初始屈曲模態(tài)的橫向位移值作為初始擾動加入到L型壁板軸壓承載分析中，可得到位移載荷曲線，如圖3.6所示。

圖3.6 LPDA模型位移載荷曲線圖

由位移載荷曲線圖可知當(dāng)加載位移約為1.0mm時(shí)由于結(jié)構(gòu)開始發(fā)生屈曲而使曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)；當(dāng)加載位移為1.520mm時(shí)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載載荷104.9kN；隨后隨加載位移增大，復(fù)合材料纖維和基體發(fā)生損傷并迅速擴(kuò)展，使得承載能力迅速下降；當(dāng)加載位移大于1.7mm以后，結(jié)構(gòu)承載能力已經(jīng)降到最低。

（3）融合內(nèi)聚力模型的結(jié)構(gòu)后屈曲分析

在（1）中所建立的模型中的蒙皮和筋條之間加入內(nèi)聚力單元，用以模擬層間損傷，得到LCZM壁板模型，進(jìn)而進(jìn)行考慮蒙皮和筋條之間脫膠的結(jié)構(gòu)后屈曲分析。

現(xiàn)在需要增加內(nèi)聚力單元的各個(gè)指標(biāo)。內(nèi)聚層定義參數(shù)為：E33=20000MPa，0飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

圖3.9 LCZM模型一階屈曲模態(tài)圖

圖3.10 LCZM模型載荷位移曲線圖

由位移載荷曲線圖可知當(dāng)加載位移約為1.0mm時(shí)由于結(jié)構(gòu)開始發(fā)生屈曲而使曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)；當(dāng)加載位移為1.942mm時(shí)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載載荷118.4kN；此時(shí)模型蒙皮與筋條的層間內(nèi)聚力單元已開始發(fā)生損傷，并隨加載位移增大而迅速擴(kuò)展，使得蒙皮與筋條發(fā)生局部分離，承載能力迅速下降；當(dāng)加載位移大于3.5mm以后，結(jié)構(gòu)承載能力已經(jīng)降到較低水平。

具體過程分析如下：在加載位移為1.863mm時(shí)，脫層起始，圖3.11的Mises應(yīng)

2飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

圖3.13 2.333mm時(shí)，LCZM模型脫層完全擴(kuò)展圖

圖3.14 2.333mm時(shí)，LCZM模型蒙皮筋條分離圖

（4）三種分析方法的結(jié)果比較

上面給出了對于L型壁板的三種分析方法結(jié)果，得到了三種模型：L模型，LPDA模型，LCZM模型?，F(xiàn)在將它們的位移載荷曲線放在一起進(jìn)行分析，如圖3.15所示。

4飛機(jī)復(fù)合材料加筋薄壁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念研究

第四章 工作總結(jié)

本文針對一種材料體系（T700/BA9916），設(shè)計(jì)了L型單筋條壁板試驗(yàn)件采用ABAQUS商業(yè)化有限元分析軟件共建立了3個(gè)分析模型，對其軸壓失效過程進(jìn)行了模擬分析，并將不同分析方法進(jìn)行了對比?？傻靡韵陆Y(jié)論：

（1）采用S4R殼單元的結(jié)構(gòu)后屈曲分析方法，并結(jié)合Hashin復(fù)合材料失效判據(jù)能較好地綜合模擬復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的后屈曲與損傷累積的耦合歷程。

（2）采用S4R殼單元的結(jié)構(gòu)后屈曲分析方法，并結(jié)合內(nèi)聚力單元能較好地模擬蒙皮與筋條的脫膠損傷對結(jié)構(gòu)后屈曲承載能力的影響。

（3）對于三種分析方法，三條曲線在小位移加載時(shí)是重合的，表征了壁板在承受線彈性壓縮；而后由于結(jié)構(gòu)開始發(fā)生屈曲三條曲線均發(fā)生偏折；從最終承載能力上來看，原始模型最高，~CZM、~PDA模型比較接近；在達(dá)到最終承載能力之后，原始模型和~CZM模型由于筋條和蒙皮本身完好并未破壞仍具有一定的承載能力，曲線下降相對較緩，而由于載荷過大使得層內(nèi)迅速發(fā)生破壞的~PDA模型，曲線迅速下降到最低，結(jié)構(gòu)不再具有承載能力。

第二篇：基于加筋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定性的抗震設(shè)計(jì)可靠性(英文文獻(xiàn)翻譯)

ORIGINAL PAPER

基于加筋土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定性的抗震設(shè)計(jì)可靠性

作者：B.Munwar Basha ? G.L.Sivakumar Babu 投稿日期：2008.9.15

發(fā)表日期：2011.5.31 網(wǎng)上發(fā)行日期：2011.6.24

摘要：這篇論文提出一種應(yīng)用最優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)來評估加筋土結(jié)構(gòu)內(nèi)部穩(wěn)定性可靠度的方法。應(yīng)用有限平衡方程，假設(shè)是失效面是對數(shù)螺旋曲線，對確保抵抗張拉、拔出破壞內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行分析?；靥钔恋男再|(zhì)和土工合成材料的加強(qiáng)強(qiáng)度被視為隨機(jī)變量。對于地震環(huán)境，由于不同程度的橫縱向地震加速度、附加荷載以及加強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，與張拉、拔出破壞有關(guān)的所有土工材料層的可靠度減少。努力獲得土工材料層的數(shù)目，拉拔長度，抵抗張拉、拉拔破壞模式所需目標(biāo)可靠性指標(biāo)的每個(gè)級別的加強(qiáng)總長度。下面討論橫縱向地震加速度的影響、附加荷載、加強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、土壤摩擦角變量系數(shù)以及土層加強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、受壓長度和每個(gè)級別需要加強(qiáng)穩(wěn)定的總長度。

關(guān)鍵詞

土工合成材料

可靠性

加筋土

張力破壞

拉拔破壞

符號表

作用在沿對數(shù)螺旋曲線的線性合力

每一級別張力破壞的安全因素

每一級別拉拔破壞的安全因素 的概率密度函數(shù)

重力加速度

極限狀態(tài)方程

加筋土結(jié)構(gòu)的高度

水平、縱向地震加速度系數(shù) 提高穩(wěn)定的增強(qiáng)強(qiáng)度系數(shù)

墻頂端加筋土失穩(wěn)區(qū)長度

起作用的加固長度

拉拔加固長度

穩(wěn)定墻體所需的加固總長度

每一層的嵌入式加固長度的拉拔力

附加強(qiáng)度

附加系數(shù)

作用在楔形塊

上的水平慣性力

附加荷載（q）產(chǎn)生的豎向慣性力

作用在楔形塊

豎向慣性力

附加荷載（q）產(chǎn)生的水平慣性力

初始和最終對數(shù)螺旋楔形塊的半徑

r 對數(shù)螺旋楔形塊的平均半徑

確保穩(wěn)定性需要的加固力

每一級別需要的加固抗拉強(qiáng)度

每一級別需要的加固抗拉強(qiáng)度

加固強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)空間中的變量

三角楔形塊的重量

三角楔形塊ESG的重量

三角楔形塊KBGC的重量

三角楔形塊AGC的重量

代表不確定量的隨機(jī)變量

向量

代表不確定量的標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)

變量向量

抵抗每一級別加固的張拉、拉

拔模式的可靠性指標(biāo)

考慮的加固層深度

作用在嵌入加固長度的有效變量應(yīng)力

回填土重度

回填土摩擦角

對數(shù)螺旋楔形塊的對向角

橫向?qū)?shù)螺旋楔形塊的初始半徑角度 1 前言

土工合成材料加強(qiáng)土擋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究很多影響內(nèi)部、外部穩(wěn)定性的破壞模式。外部、內(nèi)部穩(wěn)定性問題需要在地震荷載實(shí)際中說明。這篇論文是關(guān)于內(nèi)部穩(wěn)定型的可靠性設(shè)計(jì)。加筋土墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須確保抵抗斷裂和的安全性，在設(shè)計(jì)中最重要考慮的是最大張力。必須應(yīng)用充足的加固以確保受力區(qū)土塊在張力、拉拔區(qū)域內(nèi)不發(fā)生破壞。最大的加固張力取決于加筋土塊中的最大橫向土壓力。如果加筋擋土墻結(jié)構(gòu)受到地震荷載，加固塊將會受到地震加速度作用。面向擋土墻開放一面的水平地震加速度很大程度的破壞系統(tǒng)。

1944年北嶺地震和1999年吉姬地震期間，地震造成的基礎(chǔ)移動充分展示了加筋土結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)。工程設(shè)計(jì)師對土方結(jié)構(gòu)機(jī)械穩(wěn)定的最優(yōu)化很感興趣，促使高效的減少開支。在這種情況下，最優(yōu)化過程對擋土

對數(shù)螺旋楔形塊的初始半徑徑向線的角度

加固土界面摩擦角 b

a

墻就夠有很大的影響。為了建立更可靠，可執(zhí)行的擋土墻結(jié)構(gòu)，有很多更艱巨的任務(wù)需要設(shè)計(jì)者權(quán)衡性能、可靠性和支出情況。

1.1與地震穩(wěn)定性評估有關(guān)的學(xué)術(shù)

最接近加筋土結(jié)構(gòu)地震穩(wěn)定性評估的是基于有限平衡理論的擬靜力分析。(Leshchinsky and Boedeker 1989;Saran et al.1992;Leshchinsky and Kaching 1994;Bathurst and Cai 1995;Ling et al.1997;Ling and Leshchinsky1998;Nimbalkar et al.2006;Nouri et al.2008)。19世紀(jì)20年代，Mononobe 和 Okabe提出這一理論用于估算地震時(shí)作用在擋土墻結(jié)構(gòu)上的側(cè)向土壓力。這一理論是現(xiàn)在應(yīng)用于工程實(shí)踐中最早、最普遍的一種方法。擬靜力分析中，靜態(tài)橫縱向力用于表示一次地震的影響，假定內(nèi)部荷載作用在失效模塊的重心上。這是常見的滑動楔形庫倫理論的延伸，其中包括加筋土塊側(cè)向內(nèi)力的影響和應(yīng)用在在圓形、非圓形破壞面上。在這篇論文中，擬靜力分析理論適用于加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析。

1.2可靠性設(shè)計(jì)的重要性

加筋土結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化致力于產(chǎn)生的開支，不考慮安全系數(shù)，假定保證規(guī)定的安全因素。在所有工程師及領(lǐng)域這種優(yōu)化方法導(dǎo)致巨大的改善性能。然而，有關(guān)分析模型材料性能的多變性和不確定性，荷載的波動導(dǎo)致預(yù)期結(jié)構(gòu)性能與預(yù)期的不同。加筋混凝土經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)取決于應(yīng)用在穩(wěn)定分析的安全因素。這些問題的出現(xiàn)，安全問題是否充分的說明結(jié)構(gòu)的安全。聯(lián)邦公路管理局(FHWA2011年)發(fā)表，應(yīng)保持全球的1.5安全系數(shù)，這包括外部施加的載荷，幾何結(jié)構(gòu)，填充屬性，局部過載由于負(fù)載的非均勻性的潛力和不確定性以及長期鋼筋強(qiáng)度的不確定性。還提出抵抗拔出破壞的最小安全系數(shù)為1.5。在分析中，考慮地震的動荷載，例如地震荷載時(shí)，安全因素的選擇更加復(fù)雜。在地震的條件下，聯(lián)邦公路管理局（2001年）建議，在任何情況下的最小安全系數(shù)應(yīng)大于靜態(tài)因素安全值的75％。安全系數(shù)的方法并不能確保所需的安全水平，這些因素可以用來校準(zhǔn)大部分的結(jié)構(gòu)。換句話說，從確定性優(yōu)化的最優(yōu)結(jié)構(gòu)程序不一定保證指定的可靠性水平。如果忽略不確定性的變化，可能導(dǎo)致不希望的選擇。

認(rèn)識到傳統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)沒有解決的不確定性，現(xiàn)在許多設(shè)計(jì)考慮概率的方法，系統(tǒng)地評估不確定性的影響，預(yù)測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性和性能并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者必須考慮荷載，材料屬性和必須與這些不確定因素的設(shè)計(jì)，以確保在地震條件下建立經(jīng)濟(jì)、可靠、安全的擋土墻。為了達(dá)到加筋土結(jié)構(gòu)高安全性的需要，有必要在不確定條件下應(yīng)用最優(yōu)化替代確定性最優(yōu)化。在結(jié)構(gòu)性能上這些不確定因素發(fā)揮主導(dǎo)作用，也是評估可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的的唯一途徑?？拐鹂煽啃栽O(shè)計(jì)方法的目標(biāo)是針對極端事件的安全設(shè)計(jì)方面。與基本的確定性最優(yōu)化問題相比，可靠性最優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮額外的概率約束功能。它是代表不確定條件下的優(yōu)化方法之一。

1.3 有關(guān)可靠性評估的研究

在靜態(tài)條件下，Basma和

Chalermyanont、Benson應(yīng)用有限平衡方程，著手于機(jī)械穩(wěn)定的土墻內(nèi)部穩(wěn)定可靠性研究。Sayed 等人應(yīng)用擬靜力分析提出研究預(yù)測地震的可靠性與地震情況下加筋土結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部失效的模式。近日，Basha 和Babu應(yīng)用擬靜力和擬動力分析理論發(fā)表加筋混凝土外部穩(wěn)定性的抗震穩(wěn)定性評估。此外，Basha 和Babu 發(fā)表第一篇關(guān)于考慮張拉、拉拔破壞模式的加筋土內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的可靠性分析。

1.4 本次調(diào)查的目標(biāo)和范圍

一個(gè)可靠的加筋土設(shè)計(jì)或者，相反地，受張拉、拉拔破壞的約束，在設(shè)計(jì)中考慮變形，主體結(jié)構(gòu)安全的最大化是本研究的總體目標(biāo)。因此，了解沿深度方向所有加固層的安全抵抗張拉、拉拔破壞對加筋土結(jié)構(gòu)的正確設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。在地震環(huán)境中，決定沿深度方向所有層的可靠性評估的重要性是顯著的。推導(dǎo)出加筋土的內(nèi)部抗震穩(wěn)定性分析解決方案已做出了努力，并制定張拉、拉拔模式穩(wěn)定性的極限狀態(tài)功能。本研究探討的橫向和縱向地震加速度系數(shù)的影響及考慮土壤重度、土壤摩擦角、抵抗張拉、拉拔破壞模式的抗震可靠性的加強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

一個(gè)高效的近似方法是在一些失效的表面上的點(diǎn)線性的性能函數(shù)的泰勒級數(shù)展開的一階可靠性方法。在實(shí)踐中為了最大程度應(yīng)用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卮_定目標(biāo)可靠性。在這項(xiàng)研究中，作者最近開發(fā)的目標(biāo)可靠性方法（TRA）是應(yīng)用于可靠性設(shè)計(jì)。類似的方法應(yīng)用在在懸臂式板樁墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)、懸臂式擋土墻以及錨固式懸臂板樁墻.地震條件下的內(nèi)部穩(wěn)定

在最優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)中，為了考慮2 最優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)

各種隨機(jī)參數(shù)的影響，提出額外的概率約束。概率約束定義在限制可能的區(qū)域內(nèi)?？偟膩碚f，很難計(jì)算出可靠度，因?yàn)閱栴}包括在概率空間內(nèi)直接計(jì)算不規(guī)則域的多維整合。因此，普遍采用近似技術(shù)計(jì)算可靠性指標(biāo)或失效的概率。

3.1 穩(wěn)定墻體所需的加固強(qiáng)度

最常觀察到的故障面是一個(gè)對數(shù)螺旋

破壞面，內(nèi)部地震穩(wěn)定性分析如圖1所示。目標(biāo)是確定需要的加固長度和加固力系數(shù)，以穩(wěn)定存在橫向和縱向加速度的墻體（圖1）。

圖1 對數(shù)螺旋曲線破壞機(jī)理幾何圖形

圖2 應(yīng)用等效附加高度法計(jì)算的由于作用在回填土上的附加力造成的內(nèi)力

由于作用在垂直向上地震加速度的慣性力被認(rèn)為是在估計(jì)需要穩(wěn)定的墻加固力系數(shù)的重要因素?？紤]結(jié)構(gòu)的高度H，假設(shè)橫向粘性回填土和是失效面可由對數(shù)螺旋曲線表示，如圖1所示。從圖中可以看出，對數(shù)螺旋曲線破壞面部分（）是

由加筋土斜坡的高度(EG)和對數(shù)螺旋線?。ˋ）的中心位置控制。對數(shù)螺旋線開始在初始半徑AH1，結(jié)束于最終半徑（AG），并通過對數(shù)螺旋曲線弧（A）的中心。因此，對數(shù)螺旋曲線的中心位置可由對角

和

確定。圖3 作用在對數(shù)螺旋楔形塊上的擬靜態(tài)內(nèi)力

圖1和圖3的各種屬于定義如下:

-（1）

（4）

（5）

（2）

其中，是對數(shù)螺旋楔形塊始半徑，是對數(shù)螺旋楔形塊半徑，對數(shù)螺旋楔形塊的初的最終得對向角，（3）對數(shù)螺旋楔形塊橫向面的初始角度，是回填土的重度，是回填土的摩擦角，是垂直方向的坡角，q是作用在回填土上的附加荷載。

作用在對數(shù)螺旋楔形塊上的偽靜態(tài)力如圖3所示。作用在楔形塊

上的橫縱向內(nèi)力值以及附加荷載對于加筋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定來推導(dǎo)鋼筋，如下所示。在地震環(huán)境下的鋼筋可以解決楔形塊上的橫縱向力，如下所示： 考慮楔形塊在水平方向的平衡條件(=0)，我們得到:

（6）

（7）

可以近似為

（8）

F=沿對數(shù)螺旋曲線線方向的線性合力?？紤]楔形塊縱向平衡條件（=0),我們得到：

（9）

可以近似為

（10）

是對數(shù)螺旋楔形塊的重力，可

以表示為

（11），，分別是塊

，，的重力?；獾仁剑?）和（8），地

震條件下的加固力如下方程所示：

（12）

代表慣性力，=，=，化工具盒最大化約束力受到的約束，例如。=,帶入表達(dá)式

=

這種優(yōu)化給出了臨界破壞面角度（）和相應(yīng)的最大加固力（）。

中，我們得到：

3.2 加固總長度

正如Ling和Leshchinsky在1998年提出的，由于豎直向上的地震加速度引起的慣性力被作為估計(jì)加固長度起決定作用角將整個(gè)加固長度分為兩個(gè)部分，一個(gè)靠

a的一個(gè)參數(shù)。這個(gè)對數(shù)螺旋失效面穿過墻

（13），另一個(gè)

近與活躍的楔形塊的邊坡面（L）現(xiàn)在需要找到關(guān)鍵的對數(shù)螺曲線破壞面，檢測以確保平衡（）所需的最大加固力。使用fminsearch函數(shù)的MATLAB優(yōu)

嵌在穩(wěn)定區(qū)域的后面（Lei），如圖4所示。

圖4 所有層加固長度和拉拔加固長度的計(jì)算

穩(wěn)定性所需的加固總長度能夠用下式表示：

=有效加固長度（）+加固拔出長度

（）

在結(jié)構(gòu)頂部之下任何深度z的有效加固長為:

（13）

式中

（14）

然后有效加固長度（）能用下式表示

（15）

（16）

式中z是被考慮的加固層的深度，下式已給出

(17)

式中，,ic從1變化到n 國內(nèi)失效模式的安全極限

4.1 失效模式

依據(jù)FWHA（2001）的指導(dǎo)方針，RSS應(yīng)該對拉張失效和拔出失效的加固應(yīng)該是安全的。在下面的文章段落中，給出兩種失效模式（即拉張失效和拔出失效）在各個(gè)加固層的RSS的極限狀態(tài)方程導(dǎo)出過

程。

4.2 拉張失效的安全極限

加固利用它的抗拉強(qiáng)度為填充提供支持。任何由于加固的破裂引起的突然的強(qiáng)

度的減少都會引起加固填筑的切變長度突然的減少。這會導(dǎo)致加固填土特征的突然的災(zāi)難性的倒塌或是極度的變形。因此，加固應(yīng)該依據(jù)預(yù)防這個(gè)拉張模式的失效的強(qiáng)度有一個(gè)安全極限。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，加固層的極限抗拉強(qiáng)度（Tu）應(yīng)該大于加固層的最大承載力（Timax）。各層中對于拉張失效的安全系數(shù)（FSit）按下式考慮，（18）

式中Timax由水平間距（Sv）和垂直間距求得（Sh）。

（19）

式中Sv?Hn,Sh?1m，n是層數(shù)，z是被考慮的加固層的深度。各個(gè)加固層的拉張失效的極限狀態(tài)方程如下所示：

（20）

4.3 拔出失效的安全極限

當(dāng)檢驗(yàn)拔出失效的穩(wěn)定性時(shí)，加固構(gòu)件的有效接合長度應(yīng)該作為超過可能失效面的突出部分考慮。在加固塊之內(nèi)的不同標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)拔出的加固構(gòu)件應(yīng)該被檢查在這種情況下，加固層的嵌入式加固長度的有效阻力（Pri）應(yīng)該大于土壤加固的最大承載力（Timax）。各層中對于拉張失效的安全系數(shù)按下式考慮，（21）

式中Pri?2?viLeitan?,?vi?z?，作用在嵌入加固長度（Lei）的有效豎直壓力，而且δ是回填土接觸面摩擦角。加固拔出失效的極限狀態(tài)方程如下，（22）可靠性指標(biāo)的估算

在本節(jié)中，對各個(gè)土層對拉張失效和拔出失效的可靠性指標(biāo)的估算進(jìn)行了描述。這里對高為9米，坡腳為90°的加固擋土墻進(jìn)行了分析。這里假設(shè)回填土摩擦角（φ）為30°，容重（γ）為18KN/m3。

在表1中給出了考慮的參數(shù)范圍的結(jié)果的說明。變異系數(shù)與容重和回填的摩擦角有關(guān)，它們根據(jù)在Ducan（2000）和Phoon與Kulhawy（1999）中的記錄進(jìn)行選擇。加固長度的變異系數(shù)的范圍在Chalermyanont and Benson(2004)的記錄為0–20%。統(tǒng)計(jì)的容重和回填土的摩擦角和長期設(shè)計(jì)的加固長度在表2中描述了出來。上文中提出的兩種失效模式是回填土性質(zhì)、土壤加固接觸面摩擦力、墻的幾何比例、附加荷載、水平和豎直地震加速度和加固長度的函數(shù)。形式約束的功能函數(shù)可以表示成，（23）

標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)空間U??unk?k?1的最優(yōu)化可以定義如下：

1.估算各個(gè)加固層在拉張失效模式

下的可靠性指標(biāo)（βt）

Minimizes

Subjected to

（24）

2.估算各個(gè)加固層在拔出失效模式

下的可靠性指標(biāo)（βpo）

Minimizes

Subjected

to

（25）

以上所述的各個(gè)加固層的可靠性指標(biāo)用Basha和Babu在2008年提出的TRA來估算。對于RSS的穩(wěn)定性，它應(yīng)該在每個(gè)加固等級都是內(nèi)部穩(wěn)定的也就是它應(yīng)該對各個(gè)土層的水平面的土壤加固拔出失效和土工拉張失效是安全的。為了數(shù)名這個(gè)方面，在各層水平面的可靠性指標(biāo)值和相應(yīng)的拔出長度和土工的總長度由土壤加固拔出失效和土工拉張失效同時(shí)決定。在下文中，水平和豎直地震加速度系數(shù)、摩擦角、加固設(shè)計(jì)長度、土壤摩擦角和地震可靠性系數(shù)的加固長度的變異系數(shù)（對于拉張失效和拔出實(shí)效兩種模式）、拔出長度和各加固層的總長度作用的影響在圖5、6、7、8、9、10、11、12、13、14中進(jìn)行了討論。結(jié)果和討論

6.1 抵抗加固層張力破壞的設(shè)計(jì)

6.1.1 和對可靠度的影響

圖5所示沿墻體深度方向加固層抵抗張力破壞()的可靠度變化，其中：=0.0,0.1,0.2,0.3 作為典型值，=，附加系數(shù)

=0.2, 變異系數(shù)，和=7的值分別為7，5%。對于在土工合成材料層頂層的軸向拉伸力大大減少，顯示出非常高可靠性指標(biāo)（超

過20）。從圖中可以看出，由于超負(fù)荷的壓力，從墻體上部到加固成底部更有可能出現(xiàn)張力破壞模式，有更低的可靠度。為此，確保目標(biāo)可靠度()為3.0的加固層數(shù)量在圖5a中做出了計(jì)算，為最底部加固層與地震加速度的對照。圖中的一個(gè)說明，=0.0，高度為9m,垂直間距為1.125m的墻體應(yīng)提供8層土工合成材料加固層，以此獲得最下面一層=3.0的可靠度（從墻頂部到8層）。

從圖中也可看出，為確保最底部土層保穩(wěn)定性（=3.0）兒需要的加固層數(shù)的數(shù)量，的取值應(yīng)該明顯的從0.0增加到

0.30。例如，=0.1，高度為9m,垂直間

距為0.818m的墻體應(yīng)提供11層加固層，以此獲得最下面一層=3.0可靠度（從墻頂部到11層）。同樣，為了避免所有加固層的張拉破壞，在9m高的墻體需要容納n=14層，=0.2；n=18層，=0.3。從中也可以看出，對于一個(gè)定值的，張拉模式的可靠

性指標(biāo)（）隨著層數(shù)的增加顯著減少。對于給定

=0.2的定值，當(dāng)深度從最頂層

增加到最底層時(shí)，可靠度明顯的從16.7減小到3.0。

得到類似的結(jié)論，張拉模式對縱向地震加速度系數(shù)對可靠性指標(biāo)的影響如圖5b所示。圖5b得出的結(jié)果表明，確保期望穩(wěn)定性（最底層=3.0）需要的加固層數(shù)量應(yīng)該隨著水平地震加速度從0.0到1.0的增

長而按垂直方向增加。

圖5 a所示對抵抗張拉破壞可靠度（的影響，b所示對抵抗拉拔破壞可靠度（的影響

1.2時(shí)，高度為9m的墻體墻的層數(shù)（n）分6.1.2 附加荷載對可靠度（的影響

別為10，16，23，31和42。6.1.3 加固設(shè)計(jì)強(qiáng)度（如果期望一個(gè)結(jié)構(gòu)承擔(dān)附加荷載，設(shè)計(jì)者在墻體設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)考慮附加荷載的影響。在加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為了維持與附加荷載作用在墻體上時(shí)的張拉失效模式有關(guān)的期望安全等級，需要額外的土層數(shù)量。因此，圖6表示在變化的可靠度上均勻分布密度（的影響，可靠度為在的影響

在地震設(shè)計(jì)中，為了提高地震時(shí)抵抗張拉失效的安全性，必須提供有足夠的加固強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^提供足夠的長期的加固設(shè)計(jì)強(qiáng)度（）。圖7給出了沿墻體深度方）對可靠度（）

向抵抗張拉失效的可靠性變化，加固強(qiáng)度設(shè)計(jì)值從40kN/m變化到80kN/m。圖7說明，對于

=40kN/m時(shí)，高度為9m,垂直前面幾節(jié)采用的沿墻體深度方向的抵抗張拉失效的典型值。作為一個(gè)例證，為避免所有層張拉破壞,在Q=0.0,0.3,0.6,0.9，間距為0.32m的墻體應(yīng)提供28層加固層，以此獲得最下面一層=3.0的可靠度（從墻頂部到28層）。同樣的，需要考慮n=1

4層，=50kN/m，圖6 附加系數(shù)（對抵抗張拉破壞可靠度（的影響

圖7 LTDS對抵抗張拉破壞可靠度（的影響

圖8 a所示變異系數(shù)對抵抗張拉破壞可靠度（度（的影響

6.14 變異系數(shù)和對可靠度的影響

圖8a中，顯示了變化的變異系數(shù)摩擦角、設(shè)計(jì)強(qiáng)度對抵抗延墻體深度方向張拉破壞變化的可靠度的影響。在圖中可以看出，隨著變異系數(shù)的數(shù)值從2.5%增加到15%，變異系數(shù)的數(shù)值從2.5%增加到15%，的大小顯著減少。圖8說明，對于變異系數(shù)=5%時(shí)，高度為9m,垂直間距為0.642m的墻體應(yīng)提供14層加固層，以此 的影響，b 所示變異系數(shù)對抵抗張拉破壞可靠

獲得>3.0的可靠度;對于變異系數(shù)=15%時(shí)，高度為9m,垂直間距為0.,0.474 m（0.45m可以用在簡易的建筑）的墻體層數(shù)要從14增加到19。同樣的，在圖8b

中可以得出變異系數(shù)和

對張拉模式可

靠度的影響。6.2 所有加固層抵抗拔出破壞的設(shè)計(jì) 6.2.1

對拔出長度

及總長度的影響

圖10 a為對保證抵抗拔出破壞目標(biāo)可靠性指標(biāo)為3.0時(shí)的拔出長度（）影響

b為對保證抵抗拔出破壞目標(biāo)可靠性指標(biāo)為3.0時(shí)的縱長度（）影響

圖9a，b所示，=0.0–0.3以及抵抗

從圖中可以看出，墻體頂端最上加固層最容易出現(xiàn)拔出破壞模式，為確保存在附加

（所有層拔出破壞目標(biāo)可靠度為3.0時(shí)，沿墻體深度方向所有加固層的拔出長度）和修正總長度（）的變化。荷載時(shí)的可靠度目標(biāo)值，墻體需要更多的拉拔長度和加固修正總長度。從圖9a，b可以看出，需要提供的所有加固層的拉拔

長度和修正總長度的作用，在圖5a中已經(jīng)確定。

圖11 從圖中也可看出，隨著層的深度增加，固定值、拔出長度（）和修正總長度（）減少。給定固定值=0.2，避免張拉破壞需要14層，當(dāng)深度從最頂層（第1層）增加到最底層（第14層）時(shí)，拔出長度（）從0.09減小到0.04，總長度（）從0.92減小到0.15。從圖9a,b可以看出，隨著值得增加，對于抵抗所有層拔出破壞的目標(biāo)可靠度3.0時(shí)，拔出長度（）和總長度（）應(yīng)該隨之增加。

很容易得出以下結(jié)論，最上加固層最容易出現(xiàn)拔出破壞。確保抵抗拔出破壞目標(biāo)可靠度為3.0時(shí)需要的最上層的拔出長度，可以應(yīng)用于計(jì)算每一等級加固層的總長度。圖9c的結(jié)果表明，對于不同的地震加速度，沿土層的深度方向可靠度變化()?？偟膩碚f，圖9d給出

=0.0–0.3時(shí)的加固修正總長度。從圖9c可以看出，對于固定值，為得到

=3.0時(shí)最上層的拔出長度（）是0.081，當(dāng)深度從最頂層（第1層）增加到最底層（第11層）時(shí)，可靠度()顯著地從3.0增加到7.2。從圖9d中也可看出，隨著值的增加，加固總長度（）應(yīng)該隨之增加。

6.2.2 對拔出長度（）和總長度（）的影響

圖10a,b所示，隨著橫縱向地震加速度（，）按比例從0.0增加到1.0時(shí)，為

確保目標(biāo)穩(wěn)定性（所有層=3.0），拔出長度（）和總長度（）微小的增加。因此，圖10c,d表明，沿土層深度方向，對可靠度

和修正總長度

（）的影響是微弱的?？梢缘贸隹v向

地震加速度結(jié)構(gòu)的地震穩(wěn)定

性影響是微弱的。

6.2.3 附加荷載（q）對拔出長度（）

和總長度（）的影響

圖11a,b所示，沿墻體深度方向不同強(qiáng)度附加荷載系數(shù)（）和抵抗所

有拔出破壞的目標(biāo)可靠度3.0造成所有層的拔出長度（）和修正總長度（）的變化。從圖中可以看出，附加荷載作用

下，所有層的拔出長度（）是一致的。

也可以發(fā)現(xiàn)，對于定值附加系數(shù),隨著土層深度的增加，拔出長度（）和修正總長度（）隨之減小。給定固定值

0.3，避免張拉破壞需要16層，當(dāng)深度

從最頂層（第1層）增加到最底層（第16層）時(shí)，拔出長度（）從0.12減小到0.04，總長度（）從0.94減小到0.10。=3.0的拔出長度（）分別為圖11a,b所示，隨著的值從0.0增加到1.2，為了得到抵抗所有拔出破壞的目標(biāo)可靠度3.0，拔出長度（）和總長度（）

0.042、0.123、0.247。從圖11d可以看出，對于=0.0、0.3、0.6，可以得到加固總長度。從圖11c可以看出，對于定值，隨著土層深度的增加，拔出模式的可靠度顯著增加。給定固定值=0.3，張拉穩(wěn)定條件下需要16層加固層，當(dāng)深度從第1層增加到第14層時(shí)，抵抗拔出破壞的可靠性指標(biāo)

明顯的從3.0增加到9.5。應(yīng)該明顯的增加。圖11 c所示，對于附加系數(shù)=0.0、0.30.6時(shí)，沿土層深度方向的可靠度（）變化情況。另外，從圖11c也可看出，隨著值的增加，加固拔出長度（）也隨之增加。例如，對于附加系數(shù)=0.0、0.3、0.6，最上層需要的確保

圖12回填土摩擦角在加筋土結(jié)構(gòu)

（）應(yīng)該從0.075增加到0.14（圖）從0.91增加到設(shè)計(jì)中起到很重要的作用，目前，變異系數(shù)顯著地影響加筋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對于不同數(shù)值的摩擦角變化系數(shù)，為了確保抵抗拔出破壞的可靠性指標(biāo)，需要提供適當(dāng)?shù)膶訑?shù)（n）、拔出長度和加固總長度。對于定值

12a），總長度（1.1（圖12b）。從圖12c的結(jié)果得出，當(dāng)變異系數(shù)=2.5%、5.0%、7.5%是，確保最上層可靠性指標(biāo)出長度（=3.0的拔）分別為0.075、0.091、，當(dāng)變異系數(shù)從5%增加到10%時(shí)，為確保抵抗張拉破壞的安全性，層數(shù)應(yīng)該從14增加到17。另外，對于最頂層的土工合成材料土層，當(dāng)變異系數(shù)從5%增加到10%時(shí)，拔出長度

0.108、0.141。圖12c中可以看出，對于定值變異系數(shù)，隨著土層深度的增加，張拉模式的可靠性指標(biāo)

大幅

度增加。圖12d可以得出適當(dāng)?shù)募庸炭傞L度。

6.2.4 變異系數(shù)對拔出長度（）和總長度（）的影響

圖14 6.2.5 設(shè)計(jì)強(qiáng)度影響 和設(shè)計(jì)強(qiáng)度變異系數(shù)對拔出長度（）和總長度（）的（對于的平均值從40 變化到80時(shí),達(dá)到抵抗張拉破壞的預(yù)）。圖14a表明在張拉拔出穩(wěn)定）

模式中層數(shù)(n)和加固總長度（大小應(yīng)該分別增大。圖14b給出，當(dāng)期可靠度指標(biāo)（）為3.0，計(jì)算每）和總

=3.0,變異系數(shù)

=5、7.5、10、一級別的加固拔出長度（長度（12.5、15%時(shí)，應(yīng)用最頂層的拔出長度（）計(jì)算出加固總長度（）。），結(jié)果在圖13a,b中表示。的平均值從40 增的變異系數(shù)從15%）這兩幅圖表明，當(dāng)大到80，在圖14a,b中可以看到加固總長度（）略有不同。

減小到到5%時(shí)，加固拔出長度（和總長度（7 結(jié)束語

這個(gè)研究對關(guān)于回填長度和土工加固長度的可變性的加固土結(jié)構(gòu)對于地震穩(wěn)定）大幅度減小。圖14a給出在每一加固等級抵抗拔出破壞的可靠性指標(biāo)需要的加固總長度的可靠性評估提供了一個(gè)深刻理解。從分析中顯然可以看出，對于加固結(jié)構(gòu)的完整設(shè)計(jì)，沿著結(jié)構(gòu)深度方向各個(gè)加固層對于拉張失效和拔出失效的安全性和可靠性是必不可少的。拉張和拔出兩種模式的安全性的極限狀態(tài)方程被建立。目標(biāo)可靠性方法被用來估算拉張和拔出兩種失效模式的地震可靠性指標(biāo)。

從現(xiàn)在的調(diào)查研究中可以得到以下結(jié)論。

1.有人指出，由于在土工層的軸向張力很高而且可靠性指標(biāo)值偏低，對于拉張失效模式來說，墻頂?shù)募庸套畹讓痈邲Q定性。

2.可以看出，墻頂?shù)募庸躺蠈訉τ诎纬鍪Ｊ絹碚f更具決定性，而且擋土墻的拔出長度和更長，而且應(yīng)該和加固總長度相一致，去維持在拔出失效模式中可靠性指標(biāo)的目標(biāo)值。

參考文獻(xiàn)

Babu GLS, Basha BM(2008a)Optimum design of cantilever sheet pile walls in sandy soils using inverse reliability approach.Comput Geotech 35(2):134–143.doi:10.1016/j.compgeo.2007.04.001 Babu GLS, Basha BM(2008b)Optimum design of cantilever retaining walls using target reliability approach.Int J Geomech 8(4):240–252.doi:10.1061/(ASCE)1532-3641(2008)8:4(240)Basha BM, Babu GLS(2008)Target reliability based design optimization of anchored cantilever sheet

3.這里表明，加固的長度和與其一直的總長度需要去維持關(guān)于拉張和拔出兩種失效模式的目標(biāo)可靠性指標(biāo)顯著增大。它應(yīng)該隨著kh在0.0到0.30之間增大時(shí)，附加系數(shù)在0.0到1.2之間增大時(shí)，加固設(shè)計(jì)強(qiáng)度以80到40KN/m減少時(shí)，摩擦角和加固設(shè)計(jì)長度在5和15%之間增長時(shí)而顯著增大。4.最上層的拔出長度需要來維持拔出

失效模式下的目標(biāo)可靠性指標(biāo)，他可以用來估算加固剩余層各個(gè)水平面的總長度。因此，在拔出失效模式下，可靠性指標(biāo)在加固各層隨著深度的增大而顯著增大。

pile walls.Can

Geotech J 45(4):535–548.doi:10.1139/T08-004

Basha BM, Babu GLS(2009)Seismic reliability assessment of

external stability of reinforced soil walls using pseudodynamic

method.Geosynth Int 16(3):197–215 Basha BM, Babu GLS(2010a)Optimum design for external

seismic stability of geosynthetic reinforced soil walls: A

reliability based approach.J Geotech Geoenviron Eng

ASCE 136(6):797–812

Basha BM, Babu GLS(2010b)Reliability assessment of internal stability of reinforced soil structures: A pseudodynamic approach.Soil Dyn Earthq Eng 30(5):336–353 Basma AA, Barakat SA, Omar MT(2003)Reliability based risk index for the design of reinforced earth structures.Geotech Geol Eng 21:225–242.doi:10.1023/A:102493 2408001 Bathurst RJ, Cai Z(1995)Pseudo-static seismic analysis of geosynthetic reinforced segmental retaining walls.Geosynth Int 2(5):787–830 Chalermyanont T, Benson C(2004)Reliability-based design for internal stability of mechanically stabilized earth walls.J Geotech Geoenviron Engnrg ASCE 130(2):163–173.doi: 10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:2(163)Duncan J(2000)Factors of safety and reliability in geotechnical engineering.J Geotech Geoenviron Eng ASCE 126(4): 307–316.doi:10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:4(307)FHWA(2001)Mechanically stabilized earth walls and reinforced soil slopes: design and construction guidelines, Publication FHWA NHI-00-43.Federal Highway Administration and National Highway Institute, Washington, DC Kramer SL(2003)Geotechnical earthquake engineering.Prentice-Hall, Upper Saddle River Leshchinsky D, Boedeker RH(1989)Geosynthetic reinforced

soil structures.J Geotech Eng 115(10):1459–1478

Leshchinsky D, Kaching S(1994)Pseudo-static seismic stability

of slopes.J Geotech Eng 120(9):1514–1532.doi:

10.1061/(ASCE)0733-9410(1994)120:9(1514)

Ling HI, Leshchinsky D(1998)Effects of vertical acceleration

on seismic design of geosynthetics reinforced soil structures.Geotechnique 48(3):347–373

Ling HI, Leshchinsky D(2005)Failure analysis of modularblock

reinforced soil walls during earthquakes.J Perform

Construct Facilit ASCE 19(2):117–123 Ling HI, Leshchinsky D, Perry EB(1997)Seismic design and

performance of geosynthetic reinforced soil structures.Geotechnique 47(5):933–952

Nimbalkar SS, Choudhury D, Mandal JN(2006)Seismic stability

of reinforced-soil wall by pseudo-dynamic method.Geosynthetics Int 13(3):111–119.doi:10.1680/gein.2006.13.3.111

Nouri H, Fakher A, Jones CJFP(2008)Evaluating the effects

of the magnitude and amplification of pseudo-static

acceleration on reinforced soil slopes and walls using the

limit equilibrium horizontal slices method.Geotex Geomem 26(3):263–278.doi:10.1016/j.geotexmem.2007.09.002

Phoon K, Kulhawy F(1999)Evaluation of geotechnical property variability.Can Geotech J 36:625–639.doi: 10.1139/cgj-36-4-625 Saran S, Garg KG, Bhandari RK(1992)Retaining wall with reinforced cohesionless backfill.J Geotech Eng 118(12): 1869–1888.doi:10.1061/(ASCE)0733-9410(1992)118:12(1869)Sawada T, Chen WF, Nomachi SG(1993)Assessment of seismic displacements of slopes.Soil Dyn Earthq Eng 12(3):357–362.doi:10.1016/0267-7261(93)90038-S Sayed S, Dodagoudar GR, Rajagopal K(2008)Reliability analysis of reinforced soil walls under static and seismic forces.Geosynth Int 15(4):246–257.doi:10.1680/gein.2008.15.4.246 The MathWorks Inc(2007)Optimization toolbox user’s guide.MATLAB Programming Zornberg JG, Sitar N, Mitchel JK(1998)Performance of geosynthetic reinforced slopes at failure.J Geotech Geoenviron Eng 124(8):670–

第三篇：基于創(chuàng)新理念下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

基于創(chuàng)新理念下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究

摘要：新課程標(biāo)準(zhǔn)的制訂，標(biāo)志著我國高中化學(xué)課程改革進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段。在這個(gè)大前提下，高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)必須注重（知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀）三維目標(biāo)的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)由重知識傳授向重學(xué)生能力發(fā)展轉(zhuǎn)變，由重教師教學(xué)內(nèi)容選擇向重學(xué)生學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)轉(zhuǎn)變，由統(tǒng)一規(guī)格的批發(fā)式教育向尊重差異性的零售式教育轉(zhuǎn)變，在教學(xué)形式上對傳統(tǒng)的模式有所突破、有所創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì) 創(chuàng)新

在高中化學(xué)教學(xué)中，通過教學(xué)設(shè)計(jì)，對教學(xué)資源及教學(xué)活動進(jìn)行系統(tǒng)分析和規(guī)劃，選擇合適的教學(xué)策略、手段，構(gòu)建合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，是保證和提高教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。新課程標(biāo)準(zhǔn)要求我們的教學(xué)設(shè)計(jì)要突出以學(xué)生發(fā)展為本的理念，重視對學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)能力等內(nèi)在素質(zhì)的培養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。要使我們的教學(xué)設(shè)計(jì)符合新課程的要求，實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)方面的突破與創(chuàng)新至關(guān)重要。

一、實(shí)現(xiàn)教師教育教學(xué)理念的更新

大力推進(jìn)素質(zhì)教育是新課程改革的根本目的，而素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的再學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)過程中的發(fā)展能力。為此，高中化學(xué)教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要按著新課程標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)理念的更新。完成從傳統(tǒng)的知識講解者和傳授者向?qū)W習(xí)的指導(dǎo)者、課堂的組織者、教學(xué)的參與者和促進(jìn)者的角色轉(zhuǎn)化。突出學(xué)生的主體地位，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)的自主性、合作性和探究性，不僅注重學(xué)習(xí)的結(jié)果更注重學(xué)習(xí)的過程。從單純傳授化學(xué)知識技能向既傳授一般的化學(xué)知識與技能，又更加注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力轉(zhuǎn)化。

二、實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)氣氛的活躍

課堂氣氛是否活躍，師生配合是否默契，直接影響著整個(gè)課堂的教學(xué)效果。在高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們可以采取恰當(dāng)?shù)姆绞?，使課堂氣氛保持亢奮的狀態(tài)，調(diào)動學(xué)生積極思維。

（一）創(chuàng)設(shè)情境

創(chuàng)設(shè)生動有趣的問題情境，找準(zhǔn)問題切入點(diǎn)，用生動、緊張、活躍、和諧的探索氛圍調(diào)動學(xué)生的積極思維。在學(xué)習(xí)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”時(shí)，我們問學(xué)生鈉能否將硫酸銅溶液里的銅置換出來？許多同學(xué)認(rèn)為金屬活動性順序表中，鈉排在銅的前面，所以能將銅置換出來。針對學(xué)生的認(rèn)識，我將一小粒鈉投入硫酸銅溶液里讓同學(xué)觀察，結(jié)果并沒有紅色的銅析出，而且生成了藍(lán)色沉淀，還放出大量氣體。與學(xué)生原來猜測結(jié)果相反的教學(xué)情境，引起了學(xué)生的好奇與思考，“為什么是這樣，而不是那樣？”的疑問調(diào)動了他們參與教學(xué)活動的積極性，課堂教學(xué)在懸念中被激活。

（二）建立和諧的師生關(guān)系

實(shí)行教學(xué)民主，建立平等、和諧的課堂師生關(guān)系。增加對的學(xué)生感情投入，充分尊重學(xué)生人格，關(guān)心學(xué)生的發(fā)展，把微笑帶進(jìn)課堂，把信任的目光投向每個(gè)學(xué)生，創(chuàng)造學(xué)生自主，合作、探究的機(jī)會和環(huán)境，重視課程資源的開發(fā)和利用過程。教學(xué)語言要盡量生動、活潑，富有激情，善于誘導(dǎo)。少一些直敘，多一些設(shè)問，少一些“是什么”，多一些“為什么”，巧妙叩開學(xué)生思維的閘門，點(diǎn)燃思維的火花。既關(guān)注“意料之中”的事情，充分展示學(xué)生的學(xué)習(xí)個(gè)性和學(xué)生各種能力與習(xí)慣的培養(yǎng)，又要妥善處理學(xué)生學(xué)習(xí)過程中可能發(fā)生的“意料之外”的事情。努力達(dá)到以情促知、以知增情、情知交融的教學(xué)境界。

（三）運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)

運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段表現(xiàn)的聲光、色形，圖像的翻滾、閃爍、定格及色彩變化效果，降低教學(xué)梯度，開啟學(xué)生思維的閘門，積極主動而輕松愉快地進(jìn)入新知識的學(xué)習(xí)。例如在學(xué)習(xí)“晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”時(shí)，我們利用多媒體技術(shù)將NaCl、CsCl、金剛石、石墨等晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間立體圖，從不同角度真實(shí)、形象的展現(xiàn)在學(xué)生面前。并且通過動畫效果，配以教師的簡單講解，分析這些晶體的形成原因。學(xué)生在興致盎然中明確了所學(xué)晶體類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握了晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

三、實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，化學(xué)教學(xué)是教師與學(xué)生共同發(fā)展協(xié)作互動的過程，自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探索學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要方式。針對新課標(biāo)的要求，我們在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要將“講堂”變成“學(xué)堂”，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式由被動向主動轉(zhuǎn)化，由接受式向探索式轉(zhuǎn)化。讓學(xué)生學(xué)會獨(dú)立發(fā)現(xiàn)化學(xué)問題，對問題想問、敢問、會問。教師還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會合作學(xué)習(xí)，為合作學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個(gè)良好氛圍，引起學(xué)習(xí)者之間互動的需求，在學(xué)習(xí)中學(xué)會合作，在合作中學(xué)會學(xué)習(xí)。以“金屬的腐蝕和防護(hù)”為例，我們可以組織學(xué)生參與金屬腐蝕和防護(hù)的實(shí)驗(yàn)探究，在教師的指點(diǎn)下，研讀教材，在網(wǎng)上查找相關(guān)資料，從所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已有的知識積累中自主、合作分析出金屬腐蝕的原因和類型，明確化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕的含義和本質(zhì)，理解電化學(xué)腐蝕發(fā)生的條件，掌握常見的防止金屬腐蝕的方法，并結(jié)合前面學(xué)過的“氧化還原反應(yīng)”，探究教材沒有給出的鐵的吸氧腐蝕與析氫腐蝕的區(qū)別。只有學(xué)生掌握了適合自己的自主學(xué)習(xí)、科學(xué)探究的有效方法，化學(xué)學(xué)習(xí)才會有一番新天地。

四、實(shí)現(xiàn)教學(xué)反思的習(xí)慣性與深刻性

葉瀾教授說：“一個(gè)教師寫一輩子教案難以成為名師，但如果寫三年反思則有可能成為名師?！币粋€(gè)成功的教師就是在教學(xué)中反思，在反思中積累經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)而不斷成長起來的。所以，在新課程的背景下，教師要使課后對自己的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行反思成為一種習(xí)慣，用現(xiàn)代教育教學(xué)理論和教學(xué)實(shí)際效果作為衡量標(biāo)尺以提高反思的深刻性。

新課程標(biāo)準(zhǔn)下高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)是一門學(xué)問，也是一種藝術(shù)。只要我們堅(jiān)持以學(xué)生為主體這個(gè)最根本的出發(fā)點(diǎn)，圍繞學(xué)會認(rèn)知，學(xué)會做事，學(xué)會共同生活，學(xué)會生存這四種基本學(xué)習(xí)來設(shè)計(jì)課堂教學(xué)，教學(xué)過程就會更加切合新《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，學(xué)生的化學(xué)綜合素質(zhì)就一定會有顯著的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳勇.論合作學(xué)習(xí)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與模式構(gòu)建[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊.2010（06）

[2] 徐軍.高中化學(xué)新課標(biāo)下的思索[J].中國電力教育.2010（24）