边坡稳定性二元指标体系与应用研究

边坡稳定性影响因素如：强度参数、降雨、地下水、人类工程活动等都具有很高的离散性、变异性、相关性，对安全系数的影响不是确定不变的，而是服从一定统计规律的概率分布。在每个影响因素的置信区间内，取对称的几个值作为不同水平，如三水平取值等，组合不同因素和水平，计算得到系列的安全系数值。取影响因素的平均值，计算得到传统的安全系数（中值安全系数），同时由安全系数的变异性，求出安全系数的可靠性。选择典型的安全系数及相对应的可靠性，基于工程经验丰富的安全系数，初步建立传统安全系数与可靠性耦合的边坡稳定性二元指标体系，由安全系数和可靠性共同度量边坡系统的稳定性。传统安全系数与可靠性耦合的边坡稳定二元体系的初步建立，可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性，使边坡的稳定性评价更加客观精确，为边坡安全和滑坡灾害的风险性管理提供理论和方法。论述了边坡稳定性二元指标体系研究意义、研究内容、研究方法和研究趋势。     

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。     

边坡可靠度风险评价分析

确定性设计安全系数法由于简单易行得到了广泛的应用。可靠度方法在一定程度上弥补了确定性设计中不能考虑实际工程中岩体参数离散性的问题，使设计更加符合实际情况。函数连分式方法在边坡一次二阶矩概率设计中可以方便地计算出状态函数对各随机变量的偏导数，也可使传统安全系数法和可靠度分析有机结合。考虑经济最优的原则，结合风险分析来确定可靠度法设计中的可靠度数值问题。由安全系数和可靠性共同度量边坡系统的稳定性，建立传统安全系数与可靠度理论耦合的边坡稳定二元体系，可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性，使边坡的稳定性评价更加客观精确，为边坡安全和滑坡灾害的风险性管理提供理论和方法。     

边坡安全系数概率密度研究

边坡安全系数概率分布形态是边坡可靠指标、破坏概率的计算基础,目前对边坡安全系数的影响参数如摩擦系数、凝聚力、重度等的变异性及分布形态有一定的研究,但对边坡安全系数的变异性及概率分布形态缺乏研究。以三峡库区巴东沿江路云沱段（狮子包）边坡为例,基于岩土参数c、? 值服从正态分布,通过Monte-Carlo模拟计算,研究得到安全系数的概率分布为正态分布,并利用Q-Q图分析对概率分布形态进行了定量检验。由安全系数服从正态分布得到狮子包边坡安全系数的平均值和失稳风险。     

基于可靠性理论抗滑桩设计体系的研究

抗滑桩设计的常规方法是建立在定值基础上的,未能考虑计算参数的随机性与变异性,故在抗滑桩设计中存在局限性：一是不能给出抗滑桩设计的边坡安全度;二是设计中过分保守,造成浪费。可靠性分析法考虑了计算参数的随机性,用严格的概率来度量边坡的安全度,弥补了上述传统抗滑桩设计中存在的不足。基于可靠性分析法,以传统边坡稳定性计算公式为基础,建立了抗滑桩设计的边坡稳定性评价模型,并且运用蒙特卡罗法,采用单参数敏感性分析方法,分析抗滑桩设计各参数对边坡安全系数及可靠性指标的影响。结果表明,岩土体抗剪强度参数、岩土体重度、抗滑桩直径等因素对可靠性指标影响较明显,边坡安全系数对岩土体重度、抗滑桩有效长度、抗滑桩直径等随机变量较敏感。     

基于Monte Carlo和Rosenblueth方法的边坡可靠性分析及其在工程实践中的应用

传统上常以安全系数作为边坡稳定性的评价指标,但是安全系数只是由一种确定的方法计算所得的一个定值,没有考虑设计参数的变异性,因此安全系数很难表征边坡的安全程度,为此本文引入了可靠度的概念,并运用基于概率论和数理统计学的蒙特卡洛法（Monte Carlo）和Rosenblueth法进行边坡可靠性分析,有效的弥补了边坡传统评...     

路堤边坡稳定可靠度计算中的模型不确定性分析

基于均质路堤边坡Monte Carlo法的稳定可靠度计算,分析了临界滑面搜索策略和稳定分析方法两类模型不确定性对边坡可靠度的影响特性,讨论了边坡失效概率随土工参数变异性的变化规律。研究表明,选用不同的临界滑面搜索策略所得可靠度结果差异不大,参数滑面法（overall slope）的失效概率略大于均值滑面法（global minimum）,但差别对边坡稳定性分析没有实质性影响;土性参数变异水平是影响边坡可靠度的最重要因素,边坡在相同设计参数安全系数下的可靠度指标随参数变异性增大而急剧降低;不同稳定性分析方法对应的安全系数概率密度函数曲线形态基本一致,但失效概率差异明显,因此目标可靠度指标取值应与稳定性分析方法相适应。提出的考虑土工参数变异水平的安全系数取值修正原则,对改进确定性设计的边坡稳定分析技术有积极意义。     

基于Monte-Carlo模拟的狮子包边坡稳定性研究

以三峡库区巴东县沿江路云沱段狮子包边坡为例,综合边坡工程地质、水文地质、岩体结构特征及边坡前期交形破坏迹象,基于Monte-Carlo法得到边坡稳定的破坏概率及安全系数,进而用可靠性理论对边坡稳定性进行了探索。结果表明,通过Monte-Carlo法得到的狮子包边坡安全系数为0．857,而用传统安全系数法得到的安全系数大干1。实际上,该边坡在2003年曾经产生过滑动,因此,基于Monte-Carlo法的可靠性理论对边坡稳定性评价更符合实际。     

考虑计算参数不确定性的边坡稳定分析

岩土体当中存在大量的不确定因素,给边坡的稳定性分析判断带来了困难。在分析了计算参数的不确定性是影响分析可靠性的主要原因的基础上,运用模糊集理论考虑计算参数的不确定性,提出了模糊参数的具体构造方法和边坡稳定的不确定性分析思路。该方法可以根据不同隶属度下的参数截集区间,计算出相应隶属度下的安全系数区间,并可由此得到边坡的可靠性指标和安全系数建议值。通过不同算例研究表明,使用此方法能充分考虑计算参数的不确定性,得到的安全系数更加科学可靠。     

地震荷载作用下岩石边坡的抗倾覆稳定性分析及可靠度研究

在地震多发地区,地震荷载对岩石边坡的稳定性影响显著。因此,在边坡抗震设计中,准确有效地评估其稳定性显得非常重要。安全系数法未考虑地震荷载等影响因素的不确定性,因此具有一定的局限性。本文在考虑到破坏面出流缝未堵塞和被堵塞两种情况下,利用拟动力方法计算了岩石边坡抗倾覆稳定性安全系数。在此基础上,考虑到地震荷载、坡顶超载及张裂缝内水位深度的变异性,对岩石边坡的抗倾覆稳定性进行了可靠度分析。研究发现,当破坏面出流缝被堵塞时,岩石边坡的抗倾覆稳定性急剧降低。此外,地震荷载等因素的变异性对岩石边坡的抗倾覆稳定性有着显著的影响。因此,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的稳定性,且适当地考虑岩体放大系数,有利于岩石边坡抗震设计的安全性。     

Effects of anisotropy in correlation structure on the stability of an undrained clay slope

Slopes are mainly naturally occurred deposits, so slope stability is highly affected by inherent uncertainty. In this paper, the influence of heterogeneity of undrained shear strength on the performance of a clay slope is investigated. A numerical procedure for a probabilistic slope stability analysis based on a Monte Carlo simulation that considers the spatial variability of the soil properties is presented to assess the influence of randomly distributed undrained shear strength and to compute reliability as a function of safety factor. In the proposed method, commercially available finite difference numerical code FLAC 5.0 is merged with random field theory. The results obtained in this study are useful to understand the effect of undrained shear strength variations in slope stability analysis under different slope conditions and material properties. Coefficient of variation and heterogeneity anisotropy of undrained shear strength were proven to have significant effect on the reliability of safety factor calculations. However, it is shown that anisotropy of the heterogeneity has a dual effect on reliability index depending on the level of safety factor adopted.     

边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法

提出基于非侵入式随机有限元法的边坡可靠度分析方法,并编写计算程序NISFEM。采用有限元滑面应力法计算边坡安全系数,将Hermite随机多项式展开与SIGMA/W和SLOPE/W模块有机结合实现边坡可靠度非侵入式随机分析。根据随机多项式展开系数,给出边坡安全系数前4阶统计矩（均值、标准差、偏度和峰度）和Sobol指标解析表达式,并采用Sobol指标进行边坡可靠度参数敏感性分析。最后,以均质土坡可靠度问题为例,证明该方法在边坡可靠度分析中的有效性。结果表明,边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法能够有效地考虑边坡变形对边坡可靠度的影响,计算效率远远高于蒙特卡罗模拟方法（MCS）,是解决复杂边坡可靠度问题一种有效地分析手段;黏聚力和内摩擦角变异性对边坡安全系数前四阶统计矩具有明显的影响,重度变异性对安全系数前4阶统计矩几乎没有影响;抗剪强度参数间负相关性对边坡安全系数均值几乎没有影响,但对安全系数标准差、偏度和峰度均有明显的影响。此外,随着抗剪强度参数间负相关性的增加,边坡安全系数由近似正态分布逐渐变为明显的非正态分布。     

基于蒙特卡罗边坡稳定二元体系的建立与应用

边坡是一个具有明显不确定性、模糊性和时变性的系统,安全系数及可靠度理论在边坡稳定评价上各有优缺点。二元体系是基于确定性指标（安全系数）和不确定指标（可靠度）建立的边坡稳定综合评价指标体系,兼有二者的优点,具有重要的理论意义和实践价值。考虑到边坡材料指标具有区间分布及稳定边坡的安全系数不能小于其临界值的特点,对纯数学理论模型进行修正,提出了一种更加符合工程实际的边坡稳定二元评价体系,同时选取蒙特卡罗模拟法,将该二元评价体系融入GeoStudio软件,借助GeoStudio软件强大的计算能力,形成一套完整而高效的边坡稳定二元指标分析方法。采用该方法进行了降雨条件下花岗岩残坡积土边坡稳定性分析,得出了有益的结论,验证了该方法的可行和高效。     

边坡稳定可靠度分析的广义可行方向法

在广义随机空间中直接建立验算点的迭代公式,可以方便地解决含相关随机变量的结构可靠度计算问题。在广义随机空间中推导了一种收敛性较好的验算点迭代公式,并应用于边坡稳定的可靠度分析。针对卡基娃混凝土面板堆石坝地震工况坝坡稳定的可靠度分析表明:(1)由于安全系数法采用的输入参数为确定值,故不能考虑参数随机波动的影响。可靠度分析能够反映参数随机性的影响,这对于深入评估工程安全与抗风险能力是有益的。(2)通过引入条件概率方法考虑地震和坝坡失稳同时发生的概率得到的结构可靠指标将提高,而提高的幅度与地震发生概率的大小有关。(3)堆石非线性强度指标具有正相关性,考虑强度指标的相关性将提高边坡稳定的可靠度。     

斜坡系统可靠性分析研究

:斜坡系统是一个多变的、随机的、具有多种不确定性的复杂系统 ,因此在斜坡稳定性研究中引入可靠性理论意义重大且应用前景广阔。文中从单体斜坡系统和区域斜坡系统两个方面 ,论述了斜坡系统可靠性分析的研究现状和发展趋势。单体斜坡系统可靠性研究的主要方向是 :影响因素与评价模型的进一步研究 ,初步建立可靠指标与安全系数相结合的斜坡稳定性二元指标体系。区域斜坡系统可靠性研究的主要方向是 :利用具有普适意义的可靠性指标 ,结合地理信息系统 (GIS)进行斜坡稳定性研究 ,初步建立风险评价和风险管理的斜坡安全体系     

填土边坡稳定性的可靠度分析

为了系统地建立填土边坡稳定性的可靠度分析方法, 首先, 在可靠度分析原理的基础上, 对填土边坡的不确定性进行了讨论; 然后, 建立了多变量影响下填土边坡可靠度分析的基本流程; 最后, 以广西平乐县二塘锰矿区典型填土边坡为例, 基于GeoStudio软件, 应用所提出的分析流程对典型填土边坡的可靠度指标进行了计算, 通过"安全概率"对边坡的安全性进行了评价.研究结果表明: (1)填土边坡的不确定性包括内部结构和环境因素两方面, 前者不确定因素来自于填土土体不确定性和边坡的几何特征不确定性, 后者不确定性因素来自于降雨、地震和人工加载等; (2)可靠度分析的基本流程为填土边坡系统不确定性分析、建立可靠度极限状态方程、求解可靠度指标和边坡安全性评价; (3)广西平乐二塘锰矿填土边坡敏感性因素排序为: 内摩擦角Φ＞黏聚力C＞车辆荷载F; (4)考虑50年一遇极值降雨过程, 稳定性系数在降雨12 h达到最小, 其可靠度指标(β)为8.79, 破坏概率为0.根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》所规定的安全系数, 填土边坡的安全概率为69.84%.