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。     

土坡体系可靠度分析方法及在高土石坝工程中的应用

针对土坡稳定体系可靠度分析问题,提出了一种分析方法框架,包括采用缩减方差抽样技术生成随机变量样本值、采用全局优化算法搜索边坡最小安全系数、采用Monte-Carlo法计算边坡体系可靠度3个主要部分。在此框架下,建立了一种较为简便实用的高土石坝坝坡稳定体系可靠度分析方法。该方法采用拉丁超立方抽样技术生成随机变量的样本值,再用商业软件STAB搜索相应的坝坡最小安全系数,最后用可靠指标法或Monte-Carlo法计算坝坡体系可靠度。工程算例表明,筑坝材料强度参数的随机不确定性对坝坡临界滑弧的位置影响较大,坝坡稳定体系可靠度小于单一滑动面的坝坡稳定最小可靠度,提出的方法可用于实际工程坝坡稳定体系可靠度分析。     

基于响应面法的软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度分析

由于湿喷纤维混凝土支护结构物理、力学参数和喷层厚度的离散性及混凝土强度破坏准则难以用支护材料参数显式表达,对该类隧道支护结构进行可靠度分析十分困难,提出采用响应面方法计算湿喷纤维混凝土支护结构的可靠度方法,并给出了计算流程,其中围岩-支护结构的确定性分析采用非线性有限元方法,可靠度分析采用2次响应面法.以赣州-龙岩铁路金华山软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构为研究对象,对该支护结构的可靠度进行分析与计算.分析结果表明,金华山隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度指标高,处于安全状态.     

一种新的可靠度计算方法及其在工程中的应用

利用神经网络拟合极限状态方程、几何法计算结构可靠度,并推导了基于神经网络的几何法计算公式。最后比较了该法与其他可靠度计算方法的精度以及计算效率,并将该法应用于实际工程当中。     

随机有限元洁分析水工隧洞结构的可靠度

首次提出用平面等参随机有限元分析水工隧洞结构可靠度的方法，推导了有关公式，编写了计算程序。结合实例分析了衬砌和不衬砌隧洞的可靠度，并探讨了渗流场对隧洞结构可靠度的影响。     

随机有限元法分析水工隧洞结构的可靠度

首次提出用平面等参随机有限元分析水工隧洞结构可靠度的方法，推导了有关公式，编写了计算程序，结合实例分析了衬砌和不衬砌隧洞的可靠度，并探讨了渗流场对隧洞结构可靠度的影响。     

基坑体系可靠度的条件概率计算方法

基坑存在多种失效模式,考虑失效模式之间的相关性,双界限法计算体系失效概率存在计算结果区间范围较大的弊端。利用均匀试验和非参数回归方法建立响应面,在响应面的基础上,对Monte Carlo模拟生成的随机参数进行插值,得到各个失效模式指标,结合Pearson相关系数检验两两失效模式之间的相关性,用条件概率方法计算基坑体系失效概率,提出了基于条件概率考虑多失效模式相关的基坑体系可靠度分析方法。在此基础上,通过1个典型算例进行对比分析,计算结果表明,该方法不仅计算简便,而且结果可靠,其结果可为基坑体系可靠度分析理论提供一条新的途径。     

刚性抗滑桩结构锚固深度的模糊随机可靠性分析

刚性抗滑桩结构的主要失稳模式是锚固段内桩侧土体受压失稳。为计算刚性抗滑桩结构的模糊随机可靠性指标和可靠度,首先根据抗滑桩滑面以下桩侧压应力 ?y在两个深度处的极值,分别建立两个极值下刚性抗滑桩锚固深度可靠性分析的结构功能函数。计算时,利用定值法比较两个极值的大小,选择较大的极值所对应的结构功能函数作为待计算的抗滑桩可靠性分析的结构功能函数,然后,考虑抗滑桩结构可靠性分析中的随机性和模糊性,建立模糊随机可靠性分析模型。在一次二阶矩法的基础上,推导出计算模糊随机可靠度的公式,用L-R型模糊数描述随机参数的均值和方差,利用分解定理处理模糊数,得到结构的随机模糊可靠性指标和可靠度。根据上述方法,利用MATLAB程序计算了某刚性抗滑桩,得出了结构的模糊可靠性指标和模糊可靠度,计算结果与安全系数法具有很好的一致性。     

土钉支护结构可靠度分析的电子表格法

岩土工程中存在大量的不确定性,因此,进行土钉支护结构的可靠度分析是十分必要的。利用Excel的规划求解及VB编程功能,采用电子表格法,建立了适用于分层土体的电子表格计算模型,进行了土钉支护结构内部稳定的可靠度分析,得出了最小可靠指标及其相应的临界滑面位置。建立的电子表格模型由数据输入模块、土钉计算模块、土层计算模块、可靠指标计算模块及优化求解模块5部分组成。模型建立之后,只需改变电子表格中的输入数据,即可适用于不同土钉支护结构的可靠度分析。算例分析表明：方法正确,计算过程简单直观。它既可用于不同工况下土钉支护结构内部稳定的可靠度分析,也可简化为相应情况下的定值法分析。     

相关变量生成算法及边坡可靠度Monte Carlo模拟

描述变量相关性的多元分布模型有着广泛的工程应用。利用多元线性自回归模型和排序算法,研究了具有指定边缘分布和指定相关结构的多维随机变量的生成算法。基于MATLAB语言编程实现了该算法。将该算法应用于结构可靠度和边坡可靠度直接抽样Monte Carlo模拟计算问题中,解决了传统Monte Carlo模拟难以考虑变量互相关性的难题。数值实验表明,该方法计算结果精确,可以放松理论模型的理想化要求,能更真实的反映问题实际。将该方法与一次二阶矩方法计算结果对比发现,一次二阶矩方法往往对可靠度有过高的估计。此外失效概率对变量分布类型比较敏感,相同的安全系数可能对应不同的失效概率。提出的方法可以应用于复杂结构系统的可靠度计算问题,并可推广应用于其他领域的相依变量的仿真问题。     

岩质边坡平面滑动的模糊可靠度分析

综合考虑了边坡平边滑动的随机性和模糊性。根据工程实际确定结构功能函数的概率密度函数及表征边坡稳定性的隶属函数,提出了边坡失稳的模糊概率和边坡稳定性模糊可靠度的计算方法,并计算了模糊可靠度的置信区间,具有一定的实际意义。     

连拱隧道不同施工阶段结构体系可靠度计算

针对连拱隧道的不同施工阶段,根据在围岩压力作用下隧道衬砌的内力分布情况,以串、并联体系为基础,确定了连拱隧道不同施工阶段的体系失效模式。充分考虑材料性能参数、几何尺寸、围岩弹性抗力系数及荷载等的随机性影响,采用蒙特卡罗-随机有限元法对隧道衬砌截面的可靠度进行了研究,进而采用区间估计的“宽界限法”对连拱隧道不同施工阶段结构体系的可靠度进行了计算。计算结果表明,连拱隧道施工阶段单洞完成后中墙部位的体系可靠指标最小,不能满足长期使用的承载能力要求,施工中应注意中墙的安全,并尽早形成对称连拱结构。     

基于可靠度理论的滑坡稳定性分析

基于可靠度理论,利用可靠度理论中的概率矩点估计法对延安市宝塔区卧虎山滑坡的稳定系数、可靠度和破坏概率进行了计算、分析。计算结果表明,基于可靠度理论滑坡稳定性计算能克服客观存在的土性参数的空间离散性、时间变异性,并把计算结果与传统稳定性计算结果进行了分析比较,证明了基于可靠度理论的滑坡稳定性计算方法的可靠性和可行性。     

基于拉丁超立方抽样的有限元可靠度程序开发及应用

在地下工程结构可靠性分析中,岩土体参数离散性大,功能函数非线性程度高,常为隐式函数,因此,对可靠度计算方法提出了很高的要求。针对传统蒙特卡罗抽样方法计算量非常大,难以满足工程要求的问题,基于拉丁超立方抽样技术,结合了Matlab和有限元软件Abaqus各自的优点,编制了Matlab-Abaqus联合计算的有限元可靠度程序,该程序具有节省样本空间、提高抽样效率的显著特点。通过对某圆形隧道的结构可靠性分析,表明该程序能很快达到收敛,能够满足地下工程结构可靠性计算分析的要求。     

隧道结构系统可靠度研究

在结构系统可靠度研究的基础上,根据隧道结构的特点,应用概率理论及工程结构系统可靠度分析方法,对整个隧道结构系统可靠度进行了探讨。隧道结构系统可靠度研究包括衬砌断面可靠度、在各种不同围岩压力作用下衬砌断面可靠度、同种围岩地段衬砌可靠度以及整座隧道可靠度的研究。整座隧道可看作由两端洞门和洞内不同围岩地段隧道衬砌所组成的串联系统,任一围岩地段衬砌和任一洞门结构的破损,都认为该隧道破损,则运用“概率网络估算技术”（又称PNET法）可求得整座隧道系统的失效概率与可靠指标。通过实例计算得到,整座隧道系统的总体可靠指标比所有单段结构的可靠指标都要低。     

基于Copula函数的岩土结构物系统可靠度分析

研究了基于Copula函数的抗剪强度参数联合分布模型对岩土结构物系统可靠度的影响规律,揭示了抗剪强度参数间相关结构对岩土结构物系统可靠度影响的过程。介绍了不完备概率信息条件下基于Copula函数的抗剪强度参数联合分布模型构造方法,提出了Copula理论框架下岩土结构物系统失效概率计算的蒙特卡罗模拟方法,以典型岩土结构物如挡土墙和岩质边坡为例研究了Copula函数对系统可靠度的影响。结果表明:Copula函数为不完备概率信息条件下抗剪强度参数联合分布模型的构建提供了一种有效的工具。不完备概率信息条件下岩土结构物系统可靠度不唯一,不同Copula函数计算的系统失效概率差别非常大,这种差别在实际工程可靠度设计中应该引起重视。Copula函数对系统可靠度的影响分为两个机制不同的阶段,首先是参数间相关结构对系统中单一失效模式可靠度的影响,其次是每一个失效模式对系统可靠度的影响。     

隧道围岩弹塑性随机有限元分析及可靠度计算

在弹塑性有限元分析的初应力法基础上,推导了弹塑性随机有限元增量初应力法的计算迭代格式,结合可靠度理论,给出了围岩稳定的可靠度分析方法,在计算出可靠度的同时还给出了围岩和锚喷支护结构的应力特征值。并对一工程算例进行了详细的分析和讨论,得出了一些有益的结论。     

挡土结构物随机地震响应分析及动力可靠度研究

本文提供了一种简单的确定性数值方法,来分析在平稳随机地震荷载作用下的结构随机地震响应及动力可靠度。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的位移、弯矩、基底水平合力、基底竖向合力以及沿墙高的土压力极值的随机地震响应及动力可靠度。从分析结果可以看出:用Kanai谱模型的计算值比欧进萍谱模型的计算值更趋保守,而把响应过程当作马尔可夫过程似比泊松过程更精确。     

不同隶属函数对地下连续墙模糊可靠度影响的分析

虽然有学者已经将模糊可靠度的概念引入到了岩土工程结构可靠性分析中,但是仍然存在一些有待解决的问题,其中可靠度计算时隶属函数依据什么样的标准进行选取尤为重要,因为隶属函数的选取作为一个先决条件,其对可靠度计算结果有着直接的影响,隶属函数选取不同,计算结果有可能存在明显的差异。针对这种现状进行了研究,分别选取了3种具有代表性的隶属函数：降半梯形分布、二次抛物线分布以及岭形分布,从理论上推导出三者对模糊可靠度的计算结果的影响差异,通过比较分析得出计算地下连续墙模糊可靠度时隶属函数选取的一般原则。通过一个工程实例进行了验证计算,计算结果与理论分析结果相吻合。     

结构面抗剪强度参数线性拟合方法适用性研究

针对岩体结构面力学参数的重要性,开展最小二乘法、点群中心法、随机-模糊法、可靠度分析法4种结构面抗剪强度参数线性回归方法的理论对比与分析。在传统点群中心法的基础上,提出求解过程严密、计算精度较高的改进优化算法。为保证可靠度分析法中验算点法参数初始赋值的准确性,提出基于可靠度理论的结构面抗剪强度参数c, 的均值、标准差优化赋值方法。以武隆县鸡尾山滑坡为例,比较不同岩体结构面数据条件下上述4种方法的适用性。结果表明,各方法的适用性与试验数据的离散性及数据量有关;当数据线性理想时,4种方法均可直接用于结构面抗剪强度参数的线性回归分析;当试验数据较离散时,点群中心法已不再适用,可根据工程要求、异常值情况和计算收敛情况选取合适的数据处理方法。