抗剪强度参数概率分布的最大熵估计及边坡可靠度分析

提出了基于最大熵原理的抗剪强度参数概率分布估计方法。首先简要介绍了最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布的基本步骤。其次,基于模拟数据分别验证了最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率的有效性,并比较了最大熵原理、选优识别和核密度估计方法的不确定性建模精度和稳健性。最后,以一组残积土抗剪强度参数试验数据并结合无限边坡稳定分析为例研究了最大熵原理在抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率估计中的应用。结果表明：最大熵原理能够有效地估计抗剪强度参数的概率分布和边坡失效概率。与传统的选优识别和核密度估计相比,最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率的精度和稳健性都更高。最大熵原理避免了核密度估计过分依赖有限样本数据的缺点,又克服了选优识别可能未将真实分布包括在备选概率分布集合中的缺陷。此外,基于有限数据估计的抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率具有较大的离散性。     

葫芦岛市偏台子水库安全运行风险不确定性研究

实际运行过程中小型水库存在多样性、不确定性特征,对其风险因素的量化研究可为风险控制提供指导。本文考虑风险的不确定性,运用灰色理论和随机概率法构造功能函数,结合工程实际提出优化的风险概率计算方法,并对不确定风险因素引起的水库失事概率利用一般随机概率法进行分析。实践表明,不确定性评价结果可为水库的安全运行和除险加固设计提供科学支撑。     

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。     

节理岩体关键块体稳定的概率分析

基于地下岩体受节理面的控制,节理面的几何和力学参数随机分布,从而导致岩体系统具有高度不确定性,提出以关键块体理论为基础,考虑节理几何和力学参数随机性的岩体开挖可靠度分析方法,并给出了块体稳定的总失效概率评价模型。以澳大利亚阿德莱德地区一铜矿地质条件为例,以节理面倾角、倾向、摩擦系数和黏聚力为随机变量,通过Monte Carlo模拟和概率图方法,进行了岩体可靠度和失效概率的计算。最后,采用条件概率的分析方法,计算了单面滑动块体的总失效概率。计算结果表明,块体沿单面滑动并且出现的概率为11.0%,总的失效概率为3.85%,超过一般岩体工程可允许的风险水平,认为该方法可以作为评价块体可靠性的依据。     

武汉地区预应力混凝土管桩模糊随机可靠性分析

通过考虑桩基失效具有随机性和模糊性,引入模糊数学的相关理论,将桩基沉降率作为模糊随机变量,对42组武汉地区预应力混凝土管桩试桩试验数据进行了模糊统计分析,确定了隶属函数,假定沉降率的概率分布,运用模糊事件的概率原理,得出了概率计算公式及可靠性指标计算方法,为工程实践中预应力管桩失效的评判提供参考。     

基于广义子集模拟的土坡系统可靠度分析

如何有效地评价边坡的系统可靠度并识别出对边坡稳定性具有重要影响的关键滑面一直是边坡稳定性分析的关键问题。提出了基于广义子集模拟的边坡系统可靠度分析方法及代表性滑面识别方法,并推导了基于广义子集模拟的边坡系统可靠度计算公式及边坡中滑面对边坡系统失效的相对贡献量化公式。基于广义子集模拟计算结果,采用概率网络评价方法识别边坡代表性滑面。以一个双层黏性土坡和芝加哥国会切坡算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的基于广义子集模拟的边坡系统可靠度分析方法可有效地估计边坡系统及其单一滑面的失效概率,对于具有低失效概率水平边坡可靠度的求解,其计算效率明显优于传统蒙特卡洛模拟方法。此外,对于单个失效模式而言,广义子集模拟与子集模拟计算效率相当。对于多个失效模式的失效概率计算问题,广义子集模拟不需要重复对每个失效模式失效概率进行计算,计算效率明显优于子集模拟。提出的代表性滑面选择方法是在系统失效概率及单滑面失效概率的高效计算基础上实现的,代表性滑动面能够较好地代表边坡系统失效,从而有效地降低了边坡系统失效概率对代表性滑面数目及代表性滑面失效概率估计准确性的依赖性。     

关于灰色关联度的理论探讨

在拓广了灰色关联度建模的理论基础与打破单纯依据曲丝相似性来衡量关联性大小的思想框架的基础上,采用数理统计中变异系数的计算方法,提出了一种改进的灰色关联度量化模型,并将其运用到一个实际算例中,结果表明它对已有的关联度模型有较大的改进,具有良好的性质,最后,得出灰色关联度只是刻划线性关系的量化模型,应该谨慎使用的结论。     

非确定数学方法在水污染状况风险评价中的应用

水环境系统的不确定性主要包括随机性、模糊性和灰色性。考虑到水环境系统的这种性质，将模糊数学方法和随机方法同时运用到水质受污染或严重污染的风险性研究中，即分别用模糊综合评价法和马尔可夫链法先对水质污染状况进行评价，然后对水污染的变化趋势的风险进行预测。通过实例计算表明该方法是可行的，这为水资源的管理和科学利用提供了一种新方法。     

模糊数学和灰色关联相结合的水力压裂选井选层评判方法研究

水力压裂是低渗油气藏提高产量的有效措施之一,然而影响水力压裂选井选层的因素繁多而复杂,并且其本身在一定程度上具有模糊性,很难运用常规方法进行量化研究.这里利用模糊层析分析法确定各影响因素的权系数,并对灰色关联系数加权得到灰色关联度,在此基础上建立模糊层次分析法和灰色关联度相结合的综合评价模型.该模型考虑了两种数学方法的优势,并将其结合起来,达到扬长避短的效果,对压裂选井选层具有指导意义.     

天津软土土性指标概率分布统计分析

软土土性指标作为软基处理设计的基本参数,其变化具有很强的地域特征和显著的不确定性。目前,对软土土性指标统计分析集中在软土物理力学指标的相互关系和分布规律等方面,采用的样本为室内试验和原位测试数据,没有考虑不同试验方法对土性指标不确定性分析的影响。将天津软土作为一个独立的统计单元体,研究了该地区软土物理力学指标的变化范围、变异性、指标间的相互关系和各指标的概率分布模型,得到了天津软土物理指标与压缩指标、强度指标间的统计关系经验公式以及土性指标的概率分布模型;并分析了直剪试验、三轴试验、十字板剪切试验3种不同方法抗剪强度试验结果的相互关系,提出了利用随机因子分析法对试验方法不确定性进行概率评定。研究成果为软土地区工程土工参数的取值提供了依据和参考。     

水利工程风险分析研究现状综述

将水利工程风险分析分为单一和综合两种情况进行归纳分析。总结了风险分析在水利工程中应用的各种分析方法,并就各种方法在研究应用中的适用条件、相关关系和优缺点进行评述。指出单一风险在水利工程中的应用主要以数理统计方法为主,分析水利工程的随机不确定性。综合风险能够考虑水利工程的随机、模糊和灰色等不确定性,但存在着相关性、一致性、行为因素影响分析等技术难点。给出了正确选择评价方法、结合失事后果进行分析等一些建议。     

基于Monte Carlo模拟的三维剖面地质界线不确定性分析

三维剖面地质界线是构建三维地质结构模型的重要基础数据,其不确定性会影响三维模型的几何形态和属性分布。以单一分布为假设前提的统计学不确定性分析方法掩盖了其他概率分布特征对模型的影响。突破单一误差分布条件的假设前提,本文使用Monte Carlo方法模拟了不同概率分布情况下地质剖面数据中地质界线的抽样采集,以及地质界线空间分布的不确定性;依托地质界线空间位置与地质属性的耦合关系,提出了用地质属性概率分布实现地质界线空间不确定性的定量可视化,并结合实际地质剖面探讨了多种概率分布条件下地质界线的空间不确定性。实例研究表明,基于Monte Carlo模拟的不确定性分析方法可以突破单一误差分布假设条件,结合地质属性概率可充分揭示出建模数据的内在不确定性与模型外在要素形态之间的耦合关系。     

Risk analysis for flood-control structure under consideration of uncertainties in design flood

This study presents a risk analysis model to evaluate the failure risk for the flood-control structures in the Keelung River due to the uncertainties in the hydrological and hydraulic analysis, including hydrologic, hydraulic, and geomorphologic uncertainty factors. This study defines failure risk as the overtopping probability of the maximum water level exceeding the levee crown, and the proposed risk analysis model integrates with the advanced first-order and second-moment (AFOSM) method to calculate the overtopping probability of levee system. The proposed model is used to evaluate the effects of the freeboard and flood-diversion channel on the flood-control ability of the levees in the Keelung River, which were designed based on the 3-day, 200-year design rainfall event. The numerical experiments indicate that the hydrologic uncertainty factors have more effect on the estimated maximum water level than hydraulic and geomorphologic uncertainty factors. In addition, the freeboard and the flood-diversion channel can effectively reduce the overtopping probability so as to significantly enhance the flood-control capacity of the levee system in the Keelung River. Eventually, the proposed risk analysis successfully quantifies the overtopping risk of the levee system under a scenario, the increase in the average 200-year rainfall amount due to climate change, and the results could be useful when planning to upgrade the existing levee system.     

地质条件不确定性下TBM管片结构失事概率计算

不良地质条件是影响TBM施工隧洞管片结构安全的重要因素。综合考虑围岩地质条件和衬砌结构的不确定性,提出了一种定量分析TBM管片结构失事概率的新方法。在基于Markov过程估计隧洞沿程地质岩性变化概率的基础上,建立了隧洞任意位置处管片选型不匹配的概率模型;考虑围岩和管片参数的不确定性,采用随机有限元方法计算某一类型管片在不同围岩下的失事概率;由此,采用全概率公式,可计算隧洞沿程任意位置处管片结构的失事概率。结合实际工程,针对施工期工况,确定了该隧洞管片沿程的失事概率、最大失事概率及其所对应的位置等,为管片选型、优化设计及TBM施工期的风险防范提供了依据。     

开采量不确定条件下数值模拟结果的可靠性分析

地下水数值模拟过程中,人工开采量大都被当作确定项处理。但实际情况是开采量往往缺乏准确的统计数据,尤其是农业灌溉开采量,在计算中具有更大的不确定性。传统的处理方法是将这些人工开采量概化为抽水量确定的开采井,显然不能反映实际情况。采用概率论及数理统计的方法,分析了概化后开采量的不确定性,得出开采量服从正态分布。以此为基础,运用蒙特卡罗方法,对开采量不确定条件下数值模拟的结果进行可靠性分析。结果表明：传统处理方法不能反映开采量不确定条件下数值模拟结果可靠性的变化情况,而采用随机模拟的方法,可以计算出不同的给定允许降深条件下,模拟结果的可靠性。     

灰色聚类与圈闭优选

含油气圈闭系统是一种信息不完全的灰色系统,赖以评价圈闭系统的各项参数的原始获取和定量化过程都具有很大的不确定性,也就是说,这些评价参数都是灰参数,灰色聚类恰恰是解决这种确定性差的多参数评价问题。文中探讨了白化函数的构造方法,指出针对不同约束性能参数,白化参数的构造方式也应区别对待,并提出一种对比隶属函数方法,可以对多个圈闭进行严格的优劣排序,结果令人满意。     

基于不确定性的地下水污染风险评价研究进展

地下水污染风险研究在工程决策中具有重要意义。但地下水系统本身具有各种不确定性,基于这些不确定性的地下水污染风险评价也因此具有不确定性,而且贯穿整个地下水污染风险评价过程。所以,进行不确定性分析是对地下水污染风险进行评价时的必要步骤。一般来讲,基于不确定性分析的地下水污染风险评价结果更可靠,因此也更具有实用价值。本文在对不确定性进行分类（随机不确定性和模糊不确定性）的基础上,通过大量文献调研和分析,对目前国内外用于地下水污染风险评价分析的不确定性分析方法（包括随机理论方法、模糊理论方法、随机-模糊耦合方法等）进行了归纳总结,并基于各种方法目前的研究现状,分析了不确定性理论在地下水污染风险评价研究中的发展前景。     

Application and Verification of Joint Probability Method in Potential Forecast for Severe Convective Weather in Anhui Province

In consideration of large uncertainties in severe convective weather forecast, ensemble forecasting is a dynamic method developed to quantitatively estimate forecast uncertainty. Based on ensemble output, joint probability is a post-processing method to delineate key areas where weather event may actually occur by taking account of the uncertainty of several important physical parameters. An investigation of the environments of little rainfall convection and strong rainfall convection from April to September (warm season) during 2009-2015 was presented using daily disastrous weather data, precipitation data of 80 stations in Anhui province and NCEP Final Analysis (FNL) data. Through ingredients-based forecasting methodology and statistical analysis,four convective parameters characterizing two types of convection were obtained, respectively, which were used to establish joint probability forecasting together with their corresponding thresholds. Using the ECMWF ensemble forecast and observations from April to September during 2016-2017, systematic verification mainly based on ROC and case study of different weather processes were conducted. The results demonstrate that joint probability method is capable of discriminating little rainfall convection and non-convection with comparable performance for different lead times, which is more favorable to identifying the occurrence of strong rainfall convection. The joint probability of little rainfall convection is a good indication for the occurrence of regional or local convection, but may produce some false alarms. The joint probability of strong rainfall convection is good at indicating regional concentrated short-term heavy precipitation as well as local heavy rainfall. There are also individual missing reports in this method, and in practice, 10% can be roughly used as joint probability threshold to achieve relative high TS score. Overall, ensemble-based joint probability method can provide practical short-term probabilistic guidance for severe convective weather.     

主要水污染物总量控制的多层次灰色综合评价法研究

总量控制是我国一项重要的环境保护制度,但由于其影响因素复杂,一直没有较好的方法来全面评价地区总量控制水平。本文基于灰色系统理论,利用灰色关联度建立了主要水污染物总量控制的多层次灰色综合评价法。将该方法应用于我国27个省级地区主要水污染物总量控制综合水平评价,结果表明,本方法是一种有效的综合评价方法,能够反映多因素影响下的地区总量控制制度实施情况,较好地克服了以往单因素评价的不足。