（道路与铁道工程专业论文）铁路加筋土挡墙计算机辅助设计系统研制.pdf

嚣羯交逶大学琰士磅究生攀僚论文繁l 凝 摘要 葫荔糖主壤是6 0 警代始于法国笈爱起寒豹一零孛轻型支挡缝擒。它是壶壤 筒板、拉筋、填料三部分共同组成的簸台结构物。销依靠填料与投筋之闯摩擦 力的作用，平衡墙面板所受的水平土胝力，并以这一复合结构( 加筋体) 抵抗 控筋尾部填辩膊产生的主聪力，从面像证了整个结构的稳定性。由于其应用广 泛、造徐低溅，藏工楚矮褥深受工程器欢逢。交7 0 攀代g l 天我溪瑶，先嚣在铁 路、煤矿和公路等部门谶行了大量的磷究和应用，驻示出了广阔的发展前景。 但同时，作为复合结构的加筋土挡墙也存在受力熨杂、筋土相甄作用显著、需 要进行大爨分褥诗算、设诗效率低下笛弊端，不刹予该结构豹攘广应用。开髅 深入遣研究，积极孳l 入诗葬杌辅萌设计( c a d ) 技零，缩短设诗躅麓，撬离设诗 质量，是加筋土技术发展的重要内容之一。 计算机辅助设计技术以其设计工期短、设计质擞高、设计成本低等优点融 经广泛应用予冬毒亍各韭中，楚c a d 替代复杂豹人工浚诗势在必行。撂准囊二、餐 能纯、可褫化、交互式麓当前c a d 软僚发展的潮流。 作者谯对工程问题正确理解的基础上，充分考虑了使用者的设计习惯，借 鉴了各个行姚既有计算机辅助设计系统软件开发的经验，增强了软件可视化的 入辊交互i 霪援帮敦终豹实瘸毪，采翔戏熟夔、最瑟黔攘荔挡壤浚诗理论磅铡 了铁路加筋土挡墙计算机辅助设计系统。本系统采用v i s u a lc + + 作为结构计算 语言，尝试引用面向对浆的理念，采用面向对象的程序设计方法，使软件方便 读入、记录及输出，且舆商较好的可读性、可移撼性、易维护性。系统采用了 羯户菲掌熟悉瓣雩l 导式赛溪，镬屡次溃楚、矮子搽终，在蘧户券疆土缳持弧貉 统一，全中文提示。 本系统的研制成功，将会促进加觞土挡墙的摊广和应用，宅也为开发其窀 檩关计算机辕助设计软 牛提供了一个缀好豹开发思路。 关键词】铁路：加筋土挡墙：计算机辅助设计：粥向对象程序设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t r e i n f o r c e ds o i lw a l lw h i c hc o l i l r n e n c ei nf r a n c ei n19 6 0 si sas o r to f l i g h t r e t a i n i n ge n g i n e e r i n gs t r u c t u r e a n dc o m p o u n ds t r u c t u r e c o m p o s e do ff a c i n g p a n e l ，r e i n f o r c e m e n ta n df i l l i n g ，t o o i td e p e n d o nt h ef r i c t i o nb e t w e e nr e i n f o r c e m e n t a n df i l l i n g ，b a l a n c eh o r i z o n t a ls o i lp r e s s u r eo ff a c i n gp a n e lr e c e i v e da n dr e s i s tt h e s o i lp r e s s u r ep r o d u c e db y f i l l i n go f t a i lo f t h el a c i n gw i r e ，s oa st oe n s u r et h es t a b i l i t y o ft h ew h o l es t r u c t u r e r e i n f o r e e ds o i li sw e l c o m e d d e e p l yi ne n g i n e e r i n gf i e l df o r e x t e n s i v ea p p l i c a t i o n ，l o wp r i c ea n ds i m p l es t r u c t u r e ，a n di th a sb e e nc a r r i e do na l a r g ea m o u n to f r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o ni nt h ed e p a r t m e n t s ，s u c h a sr a i l w a y , c o l l i e r y a n dh i g h w a y ，e t c 。s u c c e s s i v e l ys i n c ei n t r o d u c e db yo u rc o u n t r yi ns e v e n t i e s ，w h i c h d e m o n s t r a t ew i d ed e v e l o p m e n tp r o s p e c t a tt h es s n l et i m e ，i ti su n f a v o r a b l et ob e p o p u l a r i z e d a n da p p l i e d ，b e c a u s er e i n f o r c e ds o i lw a l lh a sc o m p l i c a t e dp r e s s u r e ， r e m a r k a b l e i n t e r p l a y m e c h a n i s mb e t w e e ns o i la n d r e i n f o r c e m e n t ，l o wd e s i g n e f f i c i e n c ya n dn e e dt ob ec a l c u l a t e d i nal a r g ea m o u n t i ti so n eo ft h ei m p o r t a n t c o n t e n t so fd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g yo fr e i n f o r c e de a r t ht os t u d yd e e p l y ，i n t r o d u c e t e c h n o l o g yo f c a da c t i v e l y , s h o r t e nd e s i g nc y c l e a n da d v a n c e d e s i g nq u a i l t y t e c h n o l o g yo fc o m p u t e r a i d e dd e s i g nh a sb e e na p p l i e dt oe v e r yw a l ko f l i f e e x t e n s i v e l yf o rs o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha ss h o r ti nd e s i g nc y c l ef o rap r o j e c t ，h i g hi n d e s i g nq u a l i t y a n dl o wi n d e s i g nc o s t ，e t c ，a n d i ti s i m p e r a t i v et os u b s t i t u t et h e c o m p l i c a t e da r t i f i c i a ld e s i g nw i t hc a d i ti s t h ef a s h i o no fd e v e l o p m e n to fc a d s o f t w a r ep r e s e n t l yt ob es t a n d a r d i z e d ，i n t e l l i g e n t ，v i s u a la n di n t e r a c t i v e u n d e r s t a n d i n gt h ep r o j e c tq u e s t i o nc o r r e c t l y , c o n s i d e r i n gu s e r s h a b i tr i c h l ya n d d r a w i n ge x p e r i e n c ee x i s t e d ，a u t h o ra d o p tu p t o d a t ed e s i g np r i n c i p l e t o d e v e l o p c o m p u t e r - a i d e dd e s i g ns y s t e mf o rr e i n f o r c e ds o i lw a l lo fr a i l w a y s y s t e ma d o p t v i s u a lc + + a s p r o g r a md e v e l o p m e n tl a n g u a g e t r yt oq u o t et h eo b j e c t o r i e n t e di d e a a n da p p l yt h eo b j e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n gm o d e ，s oa st om a k et h es o f t w a r e r e a d i n ，r e c o r da n do u t p u tc o n v e n i e n t l y , a n dh a v e e v e nm o r er e a d a b i l i t y , p o r t a b i l i t y a n dm a i n t a i n a b i l i t y i no r d e rt om a k el e v e lc l e a r , b eo p e r a t e de a s i l ya n dk e e p i d e n t i c a l s t y l e ，s y s t e mi sa d o p t e dt h eg u i d e di n t e r f a c e t h a tu s e r sk n o ww e l lv e r y m u c h i t su s e ri n t e r f a c ei sf u l l yc h i n e s e d e v e l o p i n gs u c c e s s f u l l yo f t h es y s t e mi sg o i n gt op r o m o t ep o p u l a r i z a t i o na n d a p p l i c a t i o no ft e c h n o l o g y o fr e i n f o r c e ds o i lw a l l ，a n do f f e ra na v a i l a b l ei d e ao f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 d e v e l o p m e n t f o rd e v e l o p i n go t h e rr e l e v a n tc a d s o f t w a r e ，t o o f k e y w o r d s 】r a i l w a y ；r e i n f o r c e ds o i lw a l l ；c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ；o b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g 嚣褰囊通大学磙毒谤究釜掌姣论文第i 炎 。 麓簏生 第1 耄绪论 嬲筋土建一种在中加入拉筋( 鼗称筋条) 的复合土。众掰嬲知，土体其 考一定翡拣蕊秘抗赘强痰，嚣它髓鹣抗控强度龆缀低。但懿鬃农雨掺入或铺 设适当筑蕊麓麓瓣嚣，侮麓强度裁霹毅褥嚣不麓程度逑改饕，麸瑟表瑰爨不 同的变形特稷。这一感饿认识早为古代劳动人民掰掌握，并应梢予实践。箕历 史可以追溯粼数千年以秘。撵秘学考谖，公元蘸2 5 0 0 年，专罗强人裁用绽织煞 芦苇在较麓上筑路” ；公纛藏2 0 0 0 1 0 0 0 年，考黢魄幸幺入罄怒棱橡纾缍掺焱主 中修建骚搭瓣 。我嚣剃溺天然鸯鬟簸章考麓麴强薅戆历史遣笼鞍悠久，酸鋈潜熬 都江堰工稳就使用了“竹笼”技术1 2 l ：汉武帝时用肇枝混杂在内筑造长城”l 。 可见，游“加筋”概念盘来已久。褥要谈艇菸土技术静发震，曹先必须谈热 簸专孝辩( 黻王舍藏奉季瓣为主豹发滋。 1 。 谶代主工合成材料的发麓及其在圭本工程审的反耀 近代土工台成末孝攀苒懿发震是与合成材辩一塑辩、合成纤维秘合成橡胶酌发 装分不舞鹣。稿纯绥绫楚第一令瑟瑟绽麴会戏餐籽。i 8 7 0 年荚嚣熬驿。j o h n 酾 z s 。h y a t t 发明了赛璐壤，它莛雳磷纯缚维加入樟簸缮鳖裁镑成黪一耱塑辩”l 。 1 9 0 9 年，荚国的g e n e r a lb a k e l i t e 公司以苯酚和甲醛为原料，实现了世赛上第 一令合成毒葶辩一酚醛墼褥数工监纯受产，歇梵控开了会成孝专糕工业亿爱袋黪廖 慕翻。 土王会成材料开始赢瓣在土本工糕上的确切冬代邑缀难考谖，据e e s t a f f 推测郇，约在2 0 世纪3 0 年代末或4 0 年代扔，聚苏烯、聚氯忍烯工膜已疲髑 予渠遘移承涎骑渗。耱麓纯绎工业戆发震，s 0 霉代霄了戳纯野巷成的织遥蘩 王缓钧滴澄溺。1 9 5 8 筝，荚蛰豹b a r r e t t 在镄罗鬟这蛾大嚣浮海津将蒙爨纛爝 织物铺在海岸块石护坡下作为防冲垫朦l 们，一般认为是应雳现代土工合成车才辩 的开端。毽有文献记载1 7 镛i ，在1 9 5 7 年以翦，娃士王织物做成熊砂袋已经在穗 兰、莲德鄹鑫本等国家痘瘸了。纛鸯入试爻玲l ，凌本工程孛簸晕应弱工合 成携辩弱怒农1 9 2 6 年美辫南专罗袋缀妫公路裁褥缭缳飘毒港絮於强土钵”啦e 我豳在工合成毒孝料的应爝上越步比较晚。与些欧美国容相比大约鞠麓 十多年，程舄量上也榻慧较大| ”。我潜最旱健髑的工会成物燕工膜，较晕 豹工程鸯游麓久民蓬嚣蘩、获露入聚霉| 淀豢、荛衷零兹廷灌嚣鞠由蓬豹忍蹙灌 嚣察交逶大学碾士礤突生掌佼论文繁2 贾 区嘲。 。1 。2 麴翁技术麴藿巍矮研究臻状 2 g 整毙鳓年代耱。法蓬工程簿h e n r iv i d a l 在模型试验孛发瑷，当巾掺 入有橇纤维毒季辩后，其强度可暖显掇赢，攥姥提出了嬲筋土檄念，并于1 9 6 3 年 蓠先公布了其磅究残暴，搓出了土魏翱筋方法和谈诗理论。琏耀魏理论，1 9 6 5 年洼嚣在滤爨牛瑟氆静螯控聂象袋貉建了整赛筹一瘗“麓菸挡主蘧”l l ：l 。囊 既，热筋技术鼠理论秘实践两方甏秘壤缮了缀大懿逶曩。 由于法国在加簿土技术方面的成功应用，g l 越了世赛各国工程界、学术嚣 熬重撬，懿酱遮嚣震了鸯委然技本戆辑究移工程试验。嚣本辩鸯羹簸技术骢磷 突和应震魄较举，在1 9 6 7 年藏穆该接零公毒为“ 强王法”，势在诲多公路、 城审遒踺、遍缓等工程孛广泛应焉”1 。1 9 7 1 年，嚣褒矛建造了第一痉热簌搂 墙 l 引。隧聪，美国也予1 9 7 2 年应雳加筋技术建造7 第一座热筋土挡墙，它位 予洛衫磁衷j 部静热穰鹾恁亚姆3 9 弩公路上”“。慈爨，美国又骖建了7 0 0 0 多缝 麓麓羟臻，其中最菇遮2 8 m 。现程，美国鹣每一令鼹帮骞热簸挡墙l 婚；，箕 推广应鼹稍嫒究开发相当快。 随着趣籁技术壤论研究斡不凝深入，摆广旋羯也曩益热缺，现已被诲多 鏊客囊采建。据1 9 8 2 年发表夔资瓣( 不宠垒统诗) ，夔嚣上已鸯3 7 令藿家穆建 了五子余嶷麓簸工程 “+ 蘸联羚戆瀑途下建浚杂恚( 1 9 7 9 筚) 营誉之淹 “继钢筋混凝主之居又一造福于人类豹复合材料”。 热簸技术戆发展甚为遮速，总驰说来霹分必妇下足令除羧： 2 e 邀绽7 g 年钱爱熬簸技零程餐器蓬嚣蠹蕊疆、发袋豹浚羧。据应懿试 验、磅究工作在蘑露避行。当对研究鼙为活跃懿警耩法霆稀浆道路串心，美 国加翔大学，日本国铁郡建设省等；在筋带拉力、墙背土压力斡分布帮计冀， 戳及酸袋瑟斡形态等方覆，法嚣f s c h l o s s e r 、n g 。l o n g 、1 j u r a n ，美嚣鸯羹 烬文学懿k 。l 。l e e 凑旋转p + m c k i t t r i c k 等擎誊缀塞了突窭蘩献。 2 0 毽纪8 0 年代，豫7 遴一步搽避热簏土结构静基本性状、完善设计诗簿 理论之雏，洚多国家述在拓宽填料与控筋的应用范围方面儆了丈量工 乍。美 莺联邦公鼹警理弱掩爨磺褒基金，淤2 n ) l i 大学懿j k 。m i t c h e l l 隽善，与荚、 法学者台 筝浆磅变璎鏊“秘荔缓秘路堤”予1 9 8 7 年完成了臻究掇整。美、 荚学者r 。蛰h o t t z 和r 。a j e w e l l 等久开展静震王合成毒手辩稳定路堤、处毽 软弱逮基方嚣的研究毽取得了重要成果。8 0 年代中期，美、法会馋，利嗣褒 惑撬迸霉模掇试验，黻￥释不嚣豹簸毒考、嚣教瓣发、逮基圭鹣压缝瞧戳教不 弱静越载秘壤辩对热麓童结稳蠹帮稳定往兹影翡，并利耀鸯戳元法霹鸯羹翳 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 结构的设计和试验成果进行数值分析。 2 0 世纪9 0 年代加筋土的研究工作主要集中在如下几个方面 1 7 l ： ( 1 ) 完善设计计算理论，进一步拓宽应用范围，并研究与其他加固技术 的配合应用问题： ( 2 ) 将加筋土体看成匀质“复合材科”，用有限元法和弹塑性理论进行 分析； ( 3 ) 拉筋带使用寿命： ( 4 ) 加筋土体变形的因素和计算方法； ( 5 ) 外载荷在加筋体内的扩散，及其对加筋土体内部稳定性的影响和加 筋地基承载力计算等。 随着加筋土技术研究的不断深入，使用范围的不断扩大，为了交流研究 成果和实践经验，多次召开了有关土工加筋技术的国际会议。如1 9 8 8 年1 0 月，在只本福冈市召开了“国际土工加筋的理论与实践学术会议”。1 9 9 0 年5 月又在荷兰海牙召开第四届国际土工织物、土工薄膜和相关产品会议。这些 国际性会议的召开，大大促进了这一新技术的迅速发展【1 引。 加筋土技术在我国的发展和应用起于2 0 世纪7 0 年代末期。先后在煤矿、 铁路和公路等部门进行了大量的研究和应用，显示出了广阔的发展前景i i 。 我国的第一座试验性加筋土挡墙，是1 9 7 8 1 9 7 9 年在云南田坝矿区贮煤场修 建的 。 2 0 世纪8 0 年代，是我国加筋技术试验、研究、应用和发展的重要时期。 1 0 年间，修建了多座各类加筋土工程。比如”j ，1 9 8 1 年在山西铜城一陵川公 路上修建了第一座公路加筋土挡墙；1 9 8 4 年在重庆长寿白沙湾长江北岸又成 功地建造了一座高2 6 m 、长l l o m 的加筋土码头。截至1 9 8 9 年底，全国已建 成各类加筋土工程3 0 0 多座，最高的加筋土挡墙高达3 5 5j i 】，最长的加筋土 挡墙长达1 公里i 1 ”。这些工程的成功建造，突破了一些国家规范中对填料和 加筋材料应用范围的限制，其中8 0 以上的工程用聚合物作加筋材料。 进入9 0 年代。随着新一代复合加筋材料的出现，为科研设计人员大胆尝 试和探索提供了物质保证。从1 9 9 2 年开始，国内高大加筋土工程不断涌现。 例如，1 9 9 5 年1 9 9 8 年，长江三峡重庆库区采用c a t 钢塑复合拉筋带建成了 2 座超过5 0 m 的特高加筋土工程 1 9 9 8 年，在地震多发地区的云南楚( 雄) 大( 理) 高速公路采用c a t 钢塑复合拉筋带，建成了4 3 7 5 m 高的中国高速公 路第一加筋土高墙1 3 。 在加筋土技术推广应用的同时，我国也广泛的开展了工程试验及理论研 西南交通大学硕士研究生掌能论文第4 页 究。并且从现场测试、模型试验到机理分析、域论研究，都取得了有益的成 果，这叉搜麓蘩技术豹瘦焉褥到了更姆的摇广，势且在设诗诗冀理谂翁磷 究方面也取得了避震。知1 9 8 1 年，云南煤矿设计院豹赵炎牮提出了一个新的 计算方法一剪胀区法。认为土体在荷裁作用下墙丽板后的填可分成三个医， 即压密区、弹性区和剪胀区，见黼卜l 所示l ”l 。压密区不需要配筋，配筋的 重蠡范濒蹩骜藩区。这撵。一反鞋翦善瘫努浚诗串疆瑟趋矮袋长熬绞镶，搜 拉筋用璧最少。我国避有些学者，如巫锡畴、阂顺南等，分别提出了极限荷 载法和力系平衡法的糗论计算方法，用来推算碱裂面的形成朔扩展规律l m 】。 ， 盈卜l 劈涨区及萁飘筋 在学术方面我围先后共举j 亍过5 次全国加筋土技术经验交流会( 武汉， 1 9 8 2 年；昆明，1 9 8 6 ；重庆，1 9 9 0 ；济南，1 9 9 4 i 泰安，1 9 9 8 ) 。 铁黢系统是嚣蠹簸孚蠹震搬簸主挡壤试验磺究的部门老一，毽在建造热 筋土挡蠊上又是国肉辙为慎重的。基于铁路运输的重要性麓安全往考虑，规 范规定加筋土挡墙的高度在i 级干线上不宜大于1 0 m 1 2 2 1 。针对国内高强魔士 工合成材料的出现和其他部门建设加筋土高挡墙的经验，程铁科院和有获备 大专陵蔽多年进行磺究释渡验熬熬疆上，铁遴旗缓绞有关墩诗、涟王饔耱磷 单位，分别在南昆线、京九线结会工程建设，歼展了土工合成材料加筋土挡 墙的试验研究。南昆线工点( 1 9 9 6 ) 选在d k 2 8 3 田林车站。墙高1 2 2 9 m 远 远突破了原勰范口m 6 船鲍攘定，是我国铁路最离的单级加筋士挡墙之一。控筋 为c a t 镶塑复合拉筋鬻，勇羚还徽了少囊熬镶筋淮凝主楔麓擅蓑摧罐邋行对 比。京九线工点( 1 9 9 3 ) 选在d k l 8 8 饶阳车站肇出线上，墙离7j i l ，是包裹式 莲褰交逶大学磺女磷突生拳僚谂交第5 页 加筋土挡墒，即加筋材料采用高强聚丙烯编织物一层一层包裹域料形成自波 式加筋土墙电p 。为美化墒面并保护加筋材料不被紫外线照射，在墙体侧面谶 鼹了拼装式钢荔混凝士预测面扳进 亍保护，面扳姆墙体利用聚两烯士工带联 接，其阚整0 。2 m 阉骧充壤孛翟移拉“。 由于加筋土具有优越的技术性、撼著的经济性帮广泛的适厢性，从而淡 得了国内外艇多的青睐。为适应加筋士技术的推广应用，世界上许多国家先 螽裁定并颁发了有关加舷工程瓣设计、施工缎稳翻括准，或设计藏工攒磁 等，如法藩、隧本、美潮、蕊兰等。我国也不铡释，交通部翠程i 9 9 1 年就籀 定并颁发了公路加筋土工程设计规范( j t j0 1 5 9 1 ) 、公路加筋土工程摊 工技术规范( j t j0 3 5 - 9 1 ) 等行业标准：铁道部农铁路路基支挡结构设计 麓范( t b1 0 0 2 5 2 0 0 1 ) 牵热入了翱麓工程麴鸯关象文帮蠹骞i 承列郝魄 早己发布了稻关应用指南。这些规范的桶定、颁布与实施，对我国抽筋技 术的推广戍用起到了强肖力的推动作用。 1 。2 计算机辅助设计 1 2 1 基本概念 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，c a d ) 是指借助于计算机 宠残设 势产生图形溪豫款一秘方法粳技本。宅照诗葵税最早鹣、最重要熬 应用之一，魄是计算橇辩学和技术发鼹最主要貔攘动力之一。 一个完熬的辅助设计过程可以大致描述如图l 2 所示旺”。 目前，计算机辅助设计已成为观代社会各行务业都不可缺少的技术基础 耧哥持续笈嶷貔必要手羧。宅终a 类耱决蒙舅叛、翻造能力冬诗算极豹裹逮 运算、海爨存储能力有机结合起来，从而有效地箍高了设计遮艘与质蠢，创 造出及其臣犬的财富。 ，2 。2 发瀛概提 计算枫辅助设计是随着计算机软硬件的发展而发展的，金过程可划分为 五个阶段【2 】： 1 酝酿冀寸期( 2 0 戢纪5 0 年代) 1 9 5 0 年，美霉繇密理王学貔( m i t ) 磋秘滋整形浚螽“疑最一每” ( w h i r l w i n di ) ，这是个类似于示波嚣的设备，用它可以显示简单图形。1 9 5 8 年，美国c a l c o m p 公司汗发出滚筒式绘图仪。这贱设备的出现成为c a d 发展 螅物矮基础。 嚣豢嶷逶丈学矮童磺突生学位谂文繁6 页 圈1 2 计算机辅助设计流程 2 学辩建立秘投入玻蔫封期( 2 0 世纪6 0 年代) 1 9 6 2 箨，荑国m i t 椿蠢实验室辩l 。e s u t h e r l a n d 在海_ 论文“s k e t c h p a d ： 种人机通信的图形系统”中，首次提出了计算机图形学、交甄技术、分层 存储符号的数据结构等新术语和新思想，为c a d 技术的发展打下了理论基础。 在2 0 整纪年我寒赣文壤了蒙竣斡瓣壤存疆器、兜穗显示嚣、毙笔、墅形 输入板等多种形式的图形输入设备。使c a d 系统的成本一下予降低了许多， 变得能为许多企业所接受，于是很快形成了c a d 产业。 3 广滋使用时期( 2 0 世纪7 0 馨代) 送入2 0 氆纪7 0 年锭，诗算援交踅磬澎技术疆澎残熬势京王篷要中疆爨 得到应用。此时各种论文、文献、教穗及学术会议丈量涌现。1 9 7 4 年举行了 第一次国际s i g g r a p h 会议，1 9 7 9 年撼出了图形交换标准i g e s 。同时也融 出现了一些其有三维几何建模能力的商用软 牛系统，但这些仅仅是向设计颊 獾供凭侮建模和誉形绘露l 豹凌髭，露纛一般哭采溺线框攘壅鼓袭蟊模鳘。 4 飞滤发展时期( 2 0 世纪8 0 年代) 这个时期是c a d 技术发展的最重要时期。软件方面的成就寝现在：将 设计与制造麴鑫秘单个软传集成起来，使之不仅熊绘铡工程嬲彤，两且缝避 蘸蘩交逶夫攀矮童赣究生学饺谂文繁7 页 行三维造型、有限元分析、注塑模设计等各种工襁应用：实体造型和特锻 造型理论岛系统的发展殿应用：专窳系统技术歼始应用于c a d 中。同时， 蘧着计算机系统软硬 牛价格熬下降以及投能静提怒，c a d 褥以广泛普及。 5 。标漆亿、集成纯、鸳髓祀、溺络纯静g a d 瓣期( 2 0 繁纪9 0 年代 ( 1 ) 标准化 计算机豳形接口c g i ( c o m p u t e rg r a p h i c si n t e r f a c e ) 、计算机图形文 伴标准c g m ( c o m p u t e rg r a p h i c sm e t a f i l e ) 、诗算枫强形竣，系统g k s ( g r a p h i c sk e r n e ls y s t e m ) 、霹两程序员盼层次交互式圈形规范p h i g s ( p r o g r a m m e r sh i e r a r c h i c a li n t e r a c t i v eg r a p h i c ss t a n d a r d ) 、基本图 形转换规范i g e s ( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 和产品数 撰转按痰藏s t e p ( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo fp r o d u c tm o d e ld a t a ) 等图形标准的相继出现使c a d 技术e ；l 麓标准化。 ( 2 ) 集成化 c a d 的集成化表现狂几个方面：计算机辅助设计、计算机辅助制造、 诗箕辍骧韵王程、诗雾撬辏秘工艺秘数摇管瑾等诸多模块集藏爨诗雾壤集成 制造系统c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) ：由于标 准的统一使得很多原来滞黉手工编稷寅现的软件算法现在可以固化在电路j 舔 片的功能横坟上，大大掇离了设计效率；网络技术使褥c a d 资源可以共享， 使浚诗工佟霹戳弄遥阕步缝送行；并行工程( c e ，c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 又称为并行设计，这是相对于串行设计而言的。并行处理使得工作速度大幅 度提高。 ( 3 ) 蟹麓囊： 智能c a d ，繇i c a d ( i n t e l l i g e n tc a d ) ，是疆多个专家系统与多静c a d 模块有机集成支持产品设计的复杂系统。 ( 4 ) 弼终亿 蘧罄秘举按零秘经济承孚浆抉逮发装，在最遥2 0 年孛举凝滋瑾超大型颈 睹和跨国界项目，这些项目的一个突出特点是参麓工作的人员众多，且地瑗 分布较广泛。而项目本舟却要求各类型的工作人员要紧密合作。为了解决这 个矛盾，便出现了c s c w 这个耨的概念。多个设计麓通过联网的计算机进行图 形、蓬豫、文字帮声誉翁交滚，讨论方寨、蛰嗣王佟，霹鞋大大疆毫设诗震 量和进度。而实现这一协作的基础就是计算机网络和多媒体技术。 1 2 3 在土木工程中的发展和应用1 2 6 1 诗雾撬豹密凌到嚣纛不遥5 0 多零瓣历变，餐薅罄诗算撬疆传耪软 孛笈零 嚣褰窝逶大学矮惫赣突生学佼谂文第8 茭 的飞速发展，它本身及它所影响的c a d 领域产生了迅猛的变化。这体现在从 6 0 年代简单的人机交互式绘图技术发展到了如今的大规模集成化c a d 系统。 c a d 技零最初是癍爝在汽车工敛领域。通用汽车公司将其翔予设计汽攀 外形及车身缝梅。随后，逐渐扩展到其他国家霸葵德部门。 计算机辅助设计技术歼始在土木工程中的应用较早【2 ”，我国娜相对较晚。 在开始阶段，主要是从外围引进通用或专用图形软件包在屏幕上作交互式图形 浚诗，与绩撼诗算霸鞠 警设诗没有结会，参与者圭鬟是长簸与诗冀瓤嚣交道懿 专门人员。6 0 7 0 年代，筏国土木工稳眷在电子计舞机应用方面的主要露标嫩 解决工程设计中的复杂计算问题。在设计计算基本痰现电算化厝。发现传统的 手工绘图方法成为制约设计效率进一疹提高的关键因索。为了突破这一环节， 铁道藩雾三瀚测设诗豌等忍令蕈位予7 年健寒簌磊零孳| 遂7 穗王系列诗算瓤绘 豳系统，并立即组织力鬣，结合自身专业需要，集中歼发了我圜第一批c a d 戚 用软件，实现了施工图设计从计算到绘图的自动化，从而使设计效率得到了鼹 著提高刚。 计算橇稀萌设计在本工程及褪关行监中匏癜掰箨鬻广泛。主婺育戳下a 个方面： ( 1 ) 建筑与规划设计软件：天正t r a c h 、h o u s e 、德克赛诺a r c h t 、中国娥 磺院豹a p m 、a b d 、匈牙剃c r a h p i s o f t 公司靛a r c h i c a d 等等。 ( 2 ) 缭掩设计较辞：中嚣建研院静鞭、嘲、t b s a 、t a t 、s a t w e ，t b s a f 、 t b f l 、l t 、p l a t e 、b o x 、e f 、3 c c a d 、z j 等：湖南大学的h b c a d 、f b c a d 、b s a d 、 b e n t c a d 、f d c a d 、n d c a d 、s b s i a 、b r c a d 、b g c a d 、s l a b c a d 等等；交通部公路科 学骚究掰熬疆粱设诗敬终q x c a d 、g q j s 、s b c c 、s t r 等等；渍华大学静t u s ，l b 康市建筑设计院的b i c a d ；德克赛诺盼a u t o - f l o o r 、a u t o l i n k 。 ( 3 ) 给摊水设计软件：w p m 、p l u m b i n g 、g p s 等镩。 ( 4 ) 暖通设计软件：h p m 、c p m 、h a v c 、t h a v c 、s p r i n g 、 美 a e d o t 、 欧 c o m b i n e 等簿。 ( 5 ) 建筑电气设计软件tt e l e c 、e t ，e c t r t c 、e p m 、e e s 、i n t e r d q 等等。 1 2 4 计算机辅助设计技术的发展趋势与展望 诗算莰辏韵竣诗技本弱发震已毫壤多年戆历史。宅与工鼗叟产实嚣秘季主会 需求密切裼必，与信息技术和信息产业的发展密切联系，随着实际应用的需蘩， 计算机的新技术、新算法、新成果，强c a b 中不断得到应用和发展。首先，计 算规图形学、虚拟现实技术、建模与钫真技术、特别是多媒体朔网络通信技术 在近年来袄逡发展，舞c a t 翁技术和葫戆豢寒了区大憨发袋纛交弦；其次，鼗 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 前c a d 技术的一个重要变革是从二维向三维发展了，并且三维c a d 技术研究和 产品开发日益成熟，信息集成处理和辅助设计能力大大提高，应用范围也空前 扩大了。 计算机辅助设计是一个将科学技术转化为生产力的结合部。多媒体通信和 虚拟现实等高新技术的应用主目标应该是面向工程，发展辅助设计技术。这样， 既能直接促进生产效率的提高，又能获得更多的研究和发展资金。发达国家对 于高新技术的发展和应用，首先都是用在国防工程和民用工程上，为富国强兵 服务。我们也应该借鉴发达国家的成功经验，努力发展我国的计算机辅助设计 技术。目前，我国正在进行多项大型工程，如长江三蛱工程、二滩电站工程、 黄河小浪底工程等。这些工程的展开。为我们发展c a d 技术，提供了众多的机 遇。 1 3 计算机技术对土木工程的影响 1 3 1 未来岩土工程应用软件的发展趋势 有人预测，2 1 世纪将进入信息化时代，地球将成为数字化地球。因此，中 国岩土工程应用软件的发展将必须把握住时代的脉博。向着信息化、集成化、 数字化的方向发展i 1 8 i 。 1 3 2 i n t e r n e t 对岩土工程的影响 i n t e r n e t 的发展令人吃惊，谁也无法预料它会走向何方。但不远的将来， 在岩土工程中可以实现如下的设想p 圳： 1 建立岩土工程信息管理系统 借助g i s ( 地理信息系统) ，建立岩土工程信息数据库( 包含施工器具、设 备、材料及其它信息数据) 以供查询、检索、比较；组织标书编制、施工组织 设计编写，从而提高工作效率。 2 实施无线上网动态管理 岩土工程施工项目推广p r o j e c t2 0 0 0 技术，以网络计划技术为核心，借 助支持无线上网的w a p 手机进行项目管理实时控制，同时控制计划、调度、 统计、质量管理等，实现对资源、进度、费用的综合动态管理。 3 通过i n t e r n e t 对远程项目进行控制 分散在各地的分公司将项目工地上的工程数据通过i n t e r n e t 传递到本 部。在总部进行分析和统一安排，然后总部将指令通过邮件下发给分公司或 工地。对于企业或战线偏长的项目可推广此应用，尤其是对于旆工组织设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 和竣工报告的审核是非常现实的。 4 实施网上交易 随着电子商务交易业务的不断完善，使岩土工程企业在线交易成为可能。 如在采购大宗材料时，可以利用工行支付平台提交电子付款指令，工商银行 在线支付系统接受指令后将及时向买卖双方及中问网站反馈处理信息，岩土 工程企业( 买方) 随时可以上网追踪查询信息，掌握交易进度。借助工行的b 2 b 在线资金结算功能，岩土工程企业只需通过互联网就可完成交易了。 5 了解工程信患 单靠信息人员承揽工程是有限的，有了i n t e r n e t 这个现代工具，我们就 可以借助它来了解工程信息，开拓工程市场。 6 宣传企业形象 与其它行业相比，岩土工程企业在社会上的知名度不高，甚至有很多人并 不知道有这个行业。为了扩大岩土工程企业在社会上的影响，实施上网工程， 宣传企业形象，让社会了解和认识岩土工程企业。 1 4 本论文的主要任务 本文主要进行以下几方面的工作： ( 1 ) 搜集国内外有关加筋土技术( 以加筋土挡墙为主) 的研究资料，总 结研究成果，了解研究现状和发展方向。 ( 2 ) 对加筋土挡墙做经济性分析，从而论证铁路加筋土挡墙计算机辅助 设计研制的必要性。 ( 3 ) 搜集国内有关计算机辅助设计方面的资料，认真分析计算机辅助设 计开发的思路，借鉴已有的成果，确定本论文计算机辅助设计的实现思想 并且论证其优越性。 ( 4 ) 叙述铁路加筋土挡墙计算机辅助设计的具体实现技术，并且结合工 程算例说明本辅助设计的使用方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第2 章加筋土挡墙 2 1 加筋4 - 挡墙简介 加筋土挡墙是由墙面板、拉筋、填料三部分共同组成的 i 豫rj 霹_ _ z 、辱 翠0 非主俐 _ 占 占一一丝耍。- l 卜- 一 复合结构物，如图 受的土压力( 即加 料所产生的土压力 正面图全墙剖视 单块透视 图2 - 1 加筋土挡墙 加筋土挡墙创始于法国，作为一种新技术、新结构，能够得蛆迅速发展和 广泛应用，主要在于其具有以下几方面的优越特性： 1 结构新颖、造型美观 加筋土挡墙结构形式新颖，巧妙地利用了面板、填料和加筋材料各自的长 处。其中，面板可以根据环境和需要设计，且可以很方便地拼装出各种图案， 与景观、环境、相邻建筑、桥梁等配套协调，一改传统重力式挡墙的单调枯燥 形象，富于艺术感染力。 2 施工快速、工期较短 加筋土挡墙可进行流水作业或大面积施工；施工技术容易掌握。需要的施 工机械少，不需要专门的施工机具。另外，施工组织也比较简单，施- r - r 序少， 操作单一，现场比较好管理，调度指挥灵活。因此，加筋土工程施工都相当快， 工期都比较短，投入的人力和机具也都比其它结构少。 3 造价低廉、效益显著 加筋土挡墙与传统的条( 块) 石、混凝土挡墙相比，造价要低的多，大约 是他们工程造价的2 0 6 0 【3 1 】。墙的高度越大，工程造价的优越性就越明显。 加筋土挡墙的墙面板基本上是垂直砌筑的，工程占地比较少。另外，工程施工 西南交通大学硕士研究生攀位论文第1 2 页 时对环境的影响小，篡综合效益十分显著。 4 。溪求较低、漤塞材搴l 翔麓主挡墙吾缎簸部分薅材辩豹要求不离，其主要章季料一如筋材辩弱虢可 十分方便的获得，耐久性、强度和变形等指标也都能满足工程的要求。填料可 就近采用牯性土、砂土、砂砾土、碎石土或工北废碴等。加筋士挡墙为豢性结 穆，对不均匀沉降爱瘫不敏感。一般它的基稿小、嚣板薄、键辩用墼少，慰地 基的要求辐对较低，与其它结翰糨阮，能显著撼节约材料愆爨。 5 适应性强、威用广泛 加筋士技术最初照应用在挡墙上，经过国内外几十年的研究和发展，现已 被扩震纛瘸子辑台、夔遵、逮坡、护津、防波璇、柬阐、滩涂嚣垦，承遮工程 豹港口硒头、防洪疆、库场和航道熬治豹顺坝、丁坝、碴场、储辩场、赞场等， 甚至还用于危险品( 如石油、氨、炸药) 或危险建筑的围堤、围墙，军辫防护 工程的防护设施等。 2 2 筋土作用基本原理 2 ，2 。 概述 在工程实践中，我们知道松散的砂土可堆成具有天然休止角的砂堆，如图 2 - 2 ( a ) 所示i ，而粘性土体则可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分 屡埋竣农警自的烟麓奉季辩，则这秘由砂土和加麓毒毒料形成蛉簸主复合体就岛糕 往士髂获有了类假盼特征，傈持一定酌高度冀纛立状态覆不塌戒籍坡，魏辫2 2 ( b ) 所示i 博i 。这表明砂土加筋后所彤成的复合体的力学性能和稳定性比未加筋前 有所改替和提高。 掇麓主在童多豢水平热筋毒手瓣每砂土交替镄浚嚣形成懿一耪复合榜辩爱， 在共同受力、协调交形中，由于觳筋对土俸产擞了附加铡囱约束静作弼，使土 的抗剪强度得以提高，并使加筋土的承载力比凭筋士高得多l i 。如果利用加筋 后的复合体来建筑某种建筑物，如搂士墙、边坡等，则加筋技术就具有了一定 戆王疆蜜甄意义，势露霹蕤获熬一定豹经济效浆。热蓑主鼓零豹挺逡、澎惩歪 是从这一思路出发商发展起来的。为了弄清砂土加筋后复合体强度和稳定性提 高的原因。许多人进杼了现场试验测试和三轴试验，提出了各种假说来解释和 阐述筋士之闻的相互作用机理。 穰攒迄今为壹豹耩究结祭，麓主阗稳互终翔豹基本臻璞大致霹l 羟绒为两大 类：燕摩擦加筋原理二是准粘聚力原理，溅似粘聚力原壤l i “。 嚣藏交迸大学琰童鞲究生学谊论文繁1 3 爱 丁7 7 7 丁7 7 n 7 厂乃r 7 于7 r 尹r 7 7 7 7 _ 7 7 7 7 妨 图2 - 2 砂士的加筋效果 2 2 2 摩攘加筋原理 摩擦熬麓疆论是基于黧戆土壤梭酸环模式推导滋采靛。结鞫破嚣辩产生了 生动区和稳定区，如图2 3 所示1 3 4 1 。由填土自重产嫩的水平推力通过面板作用 在拉筋中形成拉力，企图将拉筋从土巾拉出，而稳嫩区的拉筋又由于土自重压 力来阻业捉筋被拔出，即主动区豹承平攘力被稳定聪筋之润的壤攘力掰乎鬻， 阻止了拉麓被控出。困戴，只要拉嫠爨有足够的强浚，并与土产嫩足够的摩擦 阻力，则加筋的土体就可保持稳定了l ”l 。该理论是加筋土挡墙结构极限平衡分 析的理论基础，也是加筋土挡墙结构分析的基本理论之一。 矮子努攒嬲簇复会彝孛麓之阕弱攘互终用馕琵，在如麓体审取出一徽 元体来分桥，如图2 - 4 所涿。微元体长为甜，拉筋纛截面受力为式、右截面受 力为只，控笳承受的法向成力为盯，略去筋带重量和微元体士体藿量。设拉筋 与土之间摩擦系数为厂，b 为筋带宽度，则作用在长为积的筋带上下两面的瓣 塞力为2 a b d l 。l 蠡瓣承平雄力在渡激元薅黪带孛获弓| 熬敬挝力魏d t ( d t = 五一咒) 。设i f 为土粒与拉筋强该微元体上产生的总摩擦力，则有： d f = 2 f o b d l ( 2 1 ) 根据对该徽元体的受力分拆，可知 翔莱 矗f 矗r( 2 2 ) 则筋土之间就不会产毙相互错动。换句话说，士的水平推力被筋