岩石边坡稳定的可靠度分析

在岩石边坡稳定可靠度分析中,利用贝叶斯方法对断层带抗剪强度参数进行分析,充分利用滑动面以外的地质信息和现场实践经验,较好地解决了小样本实验数据问题。可靠度分析采用离散化降维解法,以原工程采用的边坡稳定设计分析方法为基础,编制了相应的ＲＳＳＡＰ程序,在该程序中直接调用原设计程序,确保工程结构的可靠度设计和评价与现行工程设计方法的和谐统一。     

不排水抗剪强度非平稳随机场模拟及边坡可靠度分析

边坡可靠度分析中通常假定采用平稳或准平稳随机场表征土体参数的空间变异性,然而大量现场试验数据表明,土体参数如不排水抗剪强度沿土体埋深常呈现明显的非平稳分布特征,即其均值和标准差均随埋深发生变化,因此亟需发展土体参数非平稳随机场模型及其模拟方法。针对目前不能有效单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,提出了一种有效的不排水抗剪强度参数非平稳随机场模型,并给出了土体参数二维非平稳随机场模拟方法计算流程,同时将新提出的模型与现有非平稳随机场模型及平稳随机场模型进行了系统比较。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出模型的有效性,并揭示了不排水抗剪强度非平稳分布特征对边坡可靠度的影响规律。结果表明：提出模型能够有效地单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,考虑土体参数均值和标准差随埋深增加而增大的特性,可为表征土体参数非平稳分布特征提供了一条有效的途径。此外,与采用非平稳随机场模拟土体参数空间变异性相比,采用常用的平稳随机场模型会低估边坡失效概率,从而造成偏危险的边坡工程设计方案。     

稳定性可靠度分析在三峡库区二里半滑坡中的应用

介绍了用于滑坡稳定性可靠度分析的Monte Carlo模拟法、中心点法、验算点法和统计矩法.在分析三峡库区二里半滑坡工程地质特征的基础上,采用稳定性系数作为状态函数,对滑坡稳定性可靠度进行了分析,结果表明在175 m水位 暴雨、水位由175 m骤降 暴雨、暴雨 Ⅵ烈度地震等工况下二里半滑坡的稳定性均较差,破坏概率较高,需要进行治理.     

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。     

水库边坡稳定的可靠度分析

根据水库边坡的勘察资料,确定了边坡稳定性分析的力学模型,推导了滑面面积的计算公式,采用不平衡推力传递法进行了边坡稳定的定值法分析和可靠度分析。可靠度分析中,分别讨论了滑面强度参数及几何参数的变异性对边坡稳定性的影响。计算结果表明,不考虑参数变异性的定值法分析结果所得边坡的安全系数过高,偏于危险。水库边坡的可靠度分析结果表明：滑面几何参数的变异性对边坡稳定的可靠指标或失效概率影响很大。因此,对于岩质边坡的稳定性分析,不仅要重视研究滑面强度参数的变异性,也要重视研究滑面几何参数的变异性。     

二元函数逼近在斜坡可靠度分析中的应用研究

极限平衡分析方法是斜坡稳定性评价中的常用方法,在长期的工程实践中积累了丰富的经验,但其不能考虑斜坡岩土体中实际存在的不确定性,在应用中具有一定的局限性。可靠度分析方法可有效地考虑斜坡系统内的不确定性和相关性,但因状态函数偏导数的求解比较困难,使可靠度分析方法在实际中应用不便。为解决上述问题,根据二元函数插值逼近原理,在矩形区域上构造拉格朗日不完全双二次多项式逼近状态函数,从而近似地计算状态函数的偏导数,求得状态函数的均值和方差,并利用精度较高的一次二阶矩方法来计算斜坡的可靠指标和破坏概率。据鄂西恩施地区马堡营滑坡实例分析表明,引入二元函数插值逼近的一次二阶矩方法计算结果与剩余推力法及Monte-carlo模拟方法结果一致,其精度可满足工程需求。     

约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法

目前边坡可靠度中常用的简化分析方法,不考虑边坡土体的空间变异性,每次计算整个边坡都取用相同的强度参数,由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性,而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制,因此,需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体,实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来,建立约束随机场,并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明,在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差,得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明,简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。     

基于多源试验数据空间变异土体参数概率反演及边坡可靠度更新

岩土工程现场勘察试验通常只能获得有限的试验数据,据此难以真实地量化土体参数的空间变异性。提出了考虑土体参数空间变异性的概率反演和边坡可靠度更新方法,基于室内和现场两种不同来源的试验数据概率反演空间变异参数统计特征和更新边坡可靠度水平,并给出了计算流程。此外为合理地描述土体参数先验信息,发展了不排水抗剪强度非平稳随机场模型。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性,并探讨了试验数据和钻孔位置对边坡后验失效概率的影响。结果表明：提出方法实现了空间变异土体参数概率反演与边坡可靠度更新的一体化,基于有限的多源试验数据概率反演得到的土体参数均值与试验数据非常吻合,明显降低了对参数不确定性的估计,更新的边坡可靠度水平显著增加。受土体参数空间自相关性的影响,试验数据对钻孔取样点附近区域土体参数统计特征更新的影响明显大于距离取样点较远区域。     

基于模糊随机理论的广义可靠度在边坡稳定性分析中的应用

在常规的概率极限状态理论基础上 ,分析了边坡体安全状态的模糊性 ,在此基础上构造了基于MCS以及FORM算法的模糊随机可靠度算法 ,分别就边坡体的滑动失效、渗透破坏两种失效模式作了参数敏感性分析 ,并进一步对边坡体的系统失效模式作了探讨     

可靠度方法在边坡稳定性分析中的应用

可靠性工程是一门正在迅速发展的新学科,可靠度分析方法被看作近代工程技术的重要发展。通过可靠度分析方法对某边坡进行稳定性分析,并与传统的确定性分析方法对比。可靠度分析方法在边坡稳定性计算中具有实用性。     

Conditional random field reliability analysis of a cohesion-frictional slope

Discarding known data from cored samples in the reliability analysis of a slope in spatially variable soils is a waste of site investigation effort. The traditional unconditional random field simulation, which neglects these known data, may overestimate the simulation variance of the underlying random fields of the soil properties. This paper attempts to evaluate the reliability of a slope in spatially variable soils while considering the known data at particular locations. Conditional random fields are simulated based on the Kriging method and the Cholesky decomposition technique to match the known data at measured locations. Subset simulation (SS) is then performed to calculate the probability of slope failure. A hypothetical homogeneous cohesion-frictional slope is taken as an example to investigate its reliability conditioned on several virtual samples. Various parametric studies are performed to explore the effect of different layouts of the virtual samples on the factor of safety (FS), the spatial variation of the critical slip surface and the probability of slope failure. The results suggest that whether the conditional random fields can be accurately simulated depends highly on the ratio of the sample distance and the autocorrelation distance. Better simulation results are obtained with smaller ratios. Additionally, compared with unconditional random field simulations, conditional random field simulations can significantly reduce the simulation variance, which leads to a narrower variation range of the FS and its location and a much lower probability of failure. The results also highlight the great significance of the conditional random field simulation at relatively large autocorrelation distances.     

边坡模糊随机可靠性分析的模糊点估计法

在统计矩点估计法和模糊随机理论的基础之上,提出边坡工程模糊随机可靠性分析的模糊点估计法,将边坡稳定性极限状态方程由模糊随机集向普通随机集转化,然后利用点估计法求解边坡的可靠度指标。鉴于岩土体物理力学参数的近似分布类型,采用区别于梯形模糊数的正态模糊数对随机变量进行模糊随机化处理,使其更趋近于物理力学参数的近似分布类型。该方法考虑了各个力学参数的模糊性,计算结果更能反映边坡的真实工作状态。算例分析结果表明,该法使用简便,计算效率高,结果可靠,避免了传统分析方法的缺点,对复杂边坡或者功能函数为隐式表达的边坡工程可靠性分析具有很大的潜力,为边坡可靠性分析提供了一条新的途径,具有广泛的应用前景。     

多种外界随机荷载综合作用下的坝坡风险评价

对于边坡的风险评价,目前研究领域主要涉及的是边坡系统在自身岩土体材料力学参数为随机变量情况下的风险性,而对于综合考虑外界多种自然因素随机性的影响却研究甚少。只有少数学者对随机水位与随机水平地震力共同作用下的边坡结构风险进行了初探,但进行水文分析时,仅考虑了随机水位情况下由静水压力所引起的边坡失效风险,而忽略了渗流因素对坝坡破坏风险的影响。针对这种不足,在以往研究的基础上,考虑了渗流因素的作用,对多种外界随机荷载综合作用下的坝坡风险进行了评价,并以沟后水库大坝下游坝坡为实例,将渗透变形与地震力作用滑坡风险进行了耦合,从而对多因素共同作用下的边坡风险进行了评价。     

地层特性随机场插值方法应用研究

地质勘探中钻孔的数量常是有限的,钻孔以外未知的地质特性需要进行插值或推断。实践中一般假定两钻孔之间的地质特性为线性分布,用直线连接。线性连接方法简单,但精度难以保证。因此,有必要进一步研究简便且精度高的插值方法。对常用的空间插值数学方法作一简要评价,认为Kriging法更适用于地质特性随机场的插值。并尝试将Kriging法应用于南水北调穿黄工程砂土地基标准贯入击数及液化范围的空间插值,采用合适的变差函数以反映砂层的空间相关特性,由插值结果得到地基砂层标贯击数及液化范围的沿线分布,从而可以更好地了解地层特征的变化情况。     

边坡稳定模糊随机可靠度分析

考虑边坡稳定评价中存在的两种不确定性--模糊性和随机性,以模糊随机变量为基本变量,建立模糊随机功能函数和模糊随机极限方程,得到模糊可靠指标和模糊可靠度。本文给出模糊随机可靠度的计算方法,给出实例并与经典随机可靠度比较,得到更合理的结果。     

空间随机场模型的建立与桩基竖向承载力的可靠度分析

为了研究桩基础的可靠度设计方法,搜集和整理了大量的海洋土钻孔资料,开发了用于地基可靠度分析的数据库系统。利用数据库强大的数理统计功能建立起土性剖面的空间随机场模型,进而将随机场理论与可靠度理论相结合,对渤海海域中海工结构物桩基础的稳定性进行了可靠度分析,详细阐述了各个设计指标的变化对分项系数及可靠度指标的影响规律,并对各指标的灵敏度进行比较分析。结果表明,在各个设计参数中厚土层的强度指标以及设计荷载是2个重要的参数,在渤海海域中应用API标准 (美国桩基规范) 中规定的荷载抗力系数进行设计是安全可靠的。     

二维随机场下边坡稳定性的径向基函数神经网络分析法

岩土参数的随机性会直接影响边坡稳定性评价结果的精度。首先,依据边坡参数的常用分布特征,利用拉丁超立方抽样法生成若干组边坡土性参数和几何参数的随机样本,用有限元强度折减法求解各组样本对应的边坡安全系数。再考虑土性参数的空间变异性,在二维随机场模型下将蒙特卡罗模拟和有限元强度折减法相结合求解各组样本对应的边坡失效概率。然后,利用样本数据及其安全系数和失效概率对径向基函数（RBF）神经网络进行训练和测试,从而建立边坡安全系数和失效概率的预测模型。算例表明,二维随机场模型能相对精确地考虑参数的空间变异性;在此基础上建立的神经网络模型对边坡的安全系数和失效概率具有较高的预测精度,且能极大地节省边坡稳定性分析的时间。     

考虑空间变异性条件下的边坡稳定可靠度高效敏感性分析

在有限数据条件下,可靠度敏感性分析是研究各种不确定性因素对边坡失稳概率影响规律的重要途径。基于直接蒙特卡洛模拟和概率密度加权分析方法提出了一种高效边坡稳定可靠度敏感性分析方法。所提出的方法通过随机场表征岩土体参数的空间变异性,并采用局部平均理论建立岩土体参数的缩维概率密度函数,用于概率密度加权分析中高效、准确地计算不同敏感性分析方案对应的边坡失稳概率。最后,通过一个工程案例--詹姆斯湾堤坝说明了所提出方法的有效性和准确性。结果表明：在敏感性分析过程中,所提出的方法只需要执行一次直接蒙特卡洛模拟,避免了针对不同敏感性分析方案重新产生随机样本和执行边坡稳定分析,节约了大量的计算时间和计算资源,显著提高了基于蒙特卡洛模拟的敏感性分析计算效率;在概率密度加权分析中采用岩土体参数的缩维概率密度函数能够准确地计算边坡失稳概率,避免了有偏估计,使概率密度加权分析方法适用于考虑空间变异性条件下的边坡稳定可靠度敏感性分析问题。