水电站船闸边坡稳定性分析及可靠度评价

考虑到边坡工程涉及到众多的不确定性因素,本文提出一种岩质边坡稳定性分析及可靠度评价方法。此方法包括地质勘探和试验规划、地质和力学模型的研究、确定初始边坡设计方案、边坡稳定性分析及稳定性可靠度评价,此方法已应用于龙滩水电站船闸高边坡的稳定性分析,据此提出边坡的设计方案为工程单位采用。     

基于有限元修正节理岩质边坡稳定性计算的解析解

采用有限元方法探讨在人工开挖或自然侵蚀环境下,岩质边坡体内应力场的变化及节理发育形成机理,并采用有限元强度折减法对后缘具有张节理边坡的稳定性影响因素进行敏感性对比分析,进而得出具有非贯通节理边坡稳定性计算的修正解析解。结果表明：卸荷及风化作用导致边坡体由表及里出现应力重分布及应力集中的现象,使边坡后缘由顶部向下发育一簇竖直向下或略向临空面倾斜的张节理,当张节理与下部的缓倾剪节理贯通时,边坡发生破坏;边坡稳定性最敏感的影响因素为受剪节理的倾角及贯通度,其次是节理的强度参数;可将工程中较难调查的节理贯通度转化为节理的强度参数来等效表达,并根据Mohr-Coulomb强度准则推导得到适用于具有非贯通节理的岩质边坡稳定性的修正解析解。     

基于广义Hoek-Brown强度准则的PEM节理边坡可靠性分析

广义Hoek-Brown强度准则(简称GH-B准则)作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及数值计算领域中应用最广的准则之一。经验公式中涉及3个与岩体特性有关的材料参数m_b、s和a,实际应用中还不能直接对这3个参数进行精确取值,只能通过中间变量推导或结合地质经验来确定。为尽可能大地消除因用Hoek-Brown经验公式(简称H-B经验公式)的中间变量推导带来的累积误差,消除边坡稳定性评价结果的偏差,提出了从基本随机变量着手,考虑基本变量的可变性与不确定性,借助可靠性理论来综合分析评价边坡潜在破坏概率和风险程度的方法。研究基于GH-B准则的节理岩质边坡的可靠性问题,首先从决定H-B经验公式的4个基本参数GSI、σ_ci、mi和D出发,研究变量的分布概型及取值范围,然后引入到H-B经验公式中去,利用有效地可靠性计算方法求解边坡的失稳概率,将统计矩点估计法(PEM法)引入到节理岩质边坡失稳概率的求解中,通过对一开挖桥墩承台边坡的可靠性分析表明,基于GH-B准则的PEM方法提高了稳定性评价的客观性,结果更加真实可靠。      

Jennings边坡稳定性分析的概率方法(英文)

Jennings边坡 (简称J边坡 )是一种常见于格状与层状岩体中的典型岩质边坡模型 ,论文在岩质边坡中对J边坡运用蒙特卡罗方法进行概率分析 ,考虑陡、缓倾角两组节理随机组合 ,对计算范围内节理分布进行位置搜索 ,并考虑水压力及地震灾害条件下 ,计算相应坡坏概率及其可靠度指标。使用该方法对江西某铜矿高边坡工程进行了计算 ,取得令人满意的结果     

多失效模式下基于区间非概率的岩质隧道稳定可靠度分析

对于岩质隧道工程的稳定可靠度分析,一方面由于岩体参数的统计数据获取困难使得概率可靠度方法难以适用,另一方面其工程稳定与多种失效模式密切相关,须考虑隧道结构体系的可靠度问题。首先,基于区间理论,通过区间变量形式表征不确定性参数;然后,针对岩质隧道工程中多种失效模式并存的情况,引入结构体系可靠度理念,建立基于区间非概率的岩质隧道结构体系可靠度指标计算及其稳定性评价方法;在此基础上,通过工程实例验证了该方法的合理性;最后,定义不确定性参数的波动幅度,进一步分析各失效模式中不同参数对相应可靠度指标以及结构体系可靠度指标的影响。分析结果表明,各失效模式相应的非概率可靠度指标均随区间变量范围的增大而降低,且同一参数在不同失效模式中表现出不同的影响;另外,不确定性参数的变化还将导致影响岩质隧道结构体系稳定的主要失效模式发生相应的变化。     

宁波北仑蓝天船厂岩质边坡稳定性分析

宁波北仑蓝天船厂的岩质边坡均为人工爆破山体后形成的,由于爆破后的岩质边坡没有经过人工处理,所以边坡具有倾角大、风化强、节理发育等特点,已经影响到厂区的安全生产,必须对岩质边坡进行稳定性分析。通过野外现场测绘,运用极射赤平投影法对边坡岩体结构面进行稳定性分析,并在此基础上给出岩质边坡的总体评价和处理意见。     

基于离散元的强度折减法分析岩质边坡稳定性

将通用离散元UDEC与强度折减法结合,对含多结构面的岩质边坡的稳定性进行了分析。通过对节理岩质边坡的UDEC模型中的可变形块体和节理单元的强度参数进行折减,使模型不能再达到平衡状态,此时的折减系数就是边坡的安全系数,另外,由对应的边坡块体的速度矢量可以确定滑动面和边坡的破坏形态。通过与传统的条分法的结果比较,表明基于UDEC的强度折减法是一种可靠、有效的方法,为复杂节理岩质边坡的滑动面确定与安全系数计算开辟了新的途径。     

九台地区岩质边坡稳定性及运动过程评价方法探讨

文章对九台地区岩质边坡的稳定性及运动过程进行了评价方法的探讨,通过岩质边坡的发育特征,分析了边坡失稳的原因,通过赤平投影图与离散元数值模拟对边坡的稳定性进行了分析,并对边坡崩塌的范围进行了预测,为边坡的稳定性计算提供借鉴参考.     

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%.      

基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小; (2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。     

基于Hoek-Brown经验公式的岩体稳定性可靠度分析

为消除因用Hoek-Brown经验公式的中间变量而导致评估的稳定性概率产生累积误差,提出岩体稳定性可靠度应直接由基本变量入手来评估.简要介绍Hoek-Brown经验公式评估力学参数方法后,根据微元体应力定义了单元安全系数,建立了包含Hoek-Brown经验公式基本变量在内的功能函数.选用了Rosenbleuth点估计法评估单元安全系数的概率特征值,介绍了与有限元法结合计算稳定性可靠度的基本流程.对一开挖边坡稳定性可靠度计算分析表明,计算结果与边坡实际发生的破坏特征一致.建议的方法可方便地用于边坡、地基和地下洞室中岩体稳定性的可靠度评价.     

节理分布空间变异的地下洞室稳定性概率分析

以岩土材料力学参数空间变异性的"点估计-有限元"分析方法为基础,结合节理分析时自身存在几何模型、网格划分等特性,扩展了该方法在节理分布空间变异性分析方面的适用性,明确了具体的研究步骤与方法。以某抽水蓄能水电站为例,通过分析节理空间变异性对围岩变形与塑性区的影响,验证了扩展后该方法的准确性和合理性。对工程案例开挖揭露的1400余条节理进行概率统计,建立了节理空间变异性的有限元分析模型;采用扩展后的概率分析方法,研究了节理分布对地下洞室群围岩开挖稳定性的影响。研究结果表明:(1)对比概率分析得到的围岩变形概率分布与现场监测结果,发现剔除变形异常点后监测变形量值大部分位于得到的位移概率分布范围内,说明节理的空间变异性是导致监测变形波动的主要影响因素;(2)围岩变形概率分布的标准差能有效识别出围岩开挖变形受节理空间变异性的影响程度,对于所给出的案例依次为:机窝>边墙>顶拱;(3)围岩塑性区的概率分区能合理判断地下洞室群开挖时受节理影响较大的区域和范围,为工程施工的支护设计提供依据。     

The evaluation of the probability of rock wedge failure using the point estimate method

In a probabilistic analysis of rock slope stability, the Monte Carlo simulation technique has been widely used to evaluate the probability of slope failure. While the Monte Carlo simulation technique has many advantages, the technique requires complete information of the random variables in stability analysis; however, in practice, it is difficult to obtain complete information from a field investigation. The information on random variables is usually limited due to the restraints of sampling numbers. This is why approximation methods have been proposed for reliability analyses. Approximation methods, such as the first-order second-moment method and the point estimate method, require only the mean and standard deviation of the random variable; therefore, it is easy to utilize when the information is limited. Usually, a single closed form of the formula for the evaluation of the factor of safety is needed for an approximation method. However, the commonly used stability analysis method of wedge failure is complicated and cumbersome and does not provide a simple equation for the evaluation of the factor of safety. Consequently, the approximation method is not appropriate for wedge failure. In order to overcome this limitation, a simple equation, which is obtained from the maximum likelihood estimation method for wedge failure, is utilized to calculate the probability of failure. A simple equation for the direct estimation of the safety factors for wedge failure has been empirically derived from failed and stable cases of slope, using the maximum likelihood estimation method. The developed technique has been applied to a practical example, and the results from the developed technique were compared to the results from the Monte Carlo simulation technique.     

Reliability analysis of soil liquefaction based on standard penetration test

A review of probabilistic and deterministic liquefaction evaluation procedures reveals that there is a need for a comprehensive approach that accounts for different sources of uncertainty in liquefaction evaluations. For the same set of input parameters, different models provide different factors of safety and/or probabilities of liquefaction. To account for the different uncertainties, including both the model and measurement uncertainties, reliability analysis is necessary. This paper presents a review and comparative study of such reliability approaches that can be used to obtain the probability of liquefaction and the corresponding factor of safety. Using a simplified deterministic Seed method, this reliability analysis has been performed. The probability of liquefaction along with the corresponding factor of safety have been determined based on a first order second moment (FOSM) method, an advanced FOSM (Hasofer–Lind) reliability method, a point estimation method (PEM) and a Monte Carlo simulation (MCS) method. A combined method that uses both FOSM and PEM is presented and found to be simple and reliable for liquefaction analysis. Based on the FOSM reliability approach, the minimum safety factor value to be adopted for soil liquefaction analysis (depending on the variability of soil resistance, shear stress parameters and acceptable risk) has been studied and a new design safety factor based on a reliability approach is proposed.     

Influence of rock property correlation on reliability analysis of rock slope stability: From property characterization to reliability analysis

Cohesion(c) and friction angle(φ) of rock are important parameters required for reliability analysis of rock slope stability. There is correlation between c and φ which affects results of reliability analysis of rock slope stability. However, the characterization of joint probability distribution of c and φ through which their correlation can be estimated requires a large amount of rock property data, which are often not available for most rock engineering projects. As a result, the correlation between c and φ is often ignored or simply assumed during reliability studies, which may lead to bias estimation of failure probability. In probabilistic rock slope stability analysis, the influence of ignoring or simply assuming the correlation of the rock strength parameters(i.e., c and φ) on the reliability of rock slopes has not been fully investigated. In this study, a Bayesian approach is developed to characterize the correlation between c and φ, and an expanded reliability-based design(RBD) approach is developed to assess the influence of correlation between c and φ on reliability of a rock slope. The Bayesian approach characterizes the sitespecific joint probability distribution of c and φ, and quantifies the correlation between c and φ using available limited data pairs of c and φ from a rock project. The expanded RBD approach uses the joint probability distribution of c and φ obtained through the Bayesian approach as inputs, to determine the reliability of a rock slope. The approach gives insight into the propagation of the correlation between c and φ through their joint probability into the reliability analysis, and their influence on the calculated reliability of the rock slope. The approaches may be applied in practice with little additional effort from a conventional analysis. The proposed approaches are illustrated using real c and φ data pairs obtained from laboratory tests of fractured rock at Forsmark, Sweden.     

铁岭组中风化柱状叠层石灰岩强度确定概率方法

研究区大量分布中风化柱状叠层石灰岩, 岩石强度具有很强的变异性和区域性, 而岩石强度是影响边坡稳定的重要因素。要进行边坡稳定性评价, 就需要对研究区现场试验数据作为随机变量进行概率统计分析, 获取可靠的岩石强度指标。本文通过对研究区内中风化柱状叠层石灰岩( t23 ) 现场点荷载实验数据进行统计分析, 利用x2 检验进行拟和, 得到岩石强度的概率密度函数和概率分布形式, 抗压强度和抗拉强度均服从对数正态分布。在此基础上, 结合相近岩性岩石强度的拟和结果, 建立区内中风化柱状叠层石灰岩点荷载试验强度概率分布函数。运用Bayes估计推断区域内中风化柱状叠层石灰岩岩石点荷载强度, 得到岩石抗压强度预测值为72. 42 MPa, 抗拉强度预测值为2. 29 MPa, 相对误差较小, 样本信任度达到70%以上。该方法对于岩石强度估计是有效的, 由该方法所得到的估计值对研究区边坡稳定性评价以及后期边坡治理都具有重要的实践意义。     

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。