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。     

考虑参数空间变异结构的结构化交叉约束随机场模拟方法研究

斜坡岩土体抗剪强度参数的空间变异性具有一定的结构性。为研究岩土体参数空间变异结构对边坡失效概率的影响,依据变异函数的内涵推导出变程与相关距离的数学变换关系,并在此基础上提出了结构化交叉约束随机场模拟方法,用以模拟具有互相关性的参数随机场。建立了结构化交叉约束随机场计算模型,研究不同空间变异结构的抗剪强度参数对边坡失效概率的影响。研究结果表明:结构化交叉约束随机场可用于生成模拟具有复杂各向异性空间变异结构的参数随机场,由于考虑了随机偏差、条件数据和空间变异结构,能较为真实地反映地层实际参数,数据波动较条件参数插值场小。可靠性分析结果表明:不考虑抗剪强度参数空间结构分析易高估边坡的失效概率;考虑c′和φ′互相关性时,失效概率随着相关系数的增加而增加,当参数间呈负相关性时更容易高估边坡的失效概率。     

考虑地层变异和参数空间变异的浅基础承载力可靠度分析

地层不确定性显著影响浅基础承载力，其不确定性主要包括地层变异和参数空间变异性。以往研究已分别研究了地层变异和参数空间变异性对浅基础承载力的影响。旨在建立浅基础承载力的随机概率计算框架，以揭示地层不确定性对浅基础承载能力的影响。其中，使用马尔可夫随机场模拟地层变异。在此基础上，考虑土体参数竖向相关距离的变化，使用对数正态随机场模拟不同地层中土体参数的空间变异性。基于深圳妈湾的钻孔和土体参数数据，根据所提出的计算框架进行浅基础承载力分析。使用子集模拟方法加速计算各方案的可靠度，提出了缩小系数对计算结果进行不同程度的缩减以达到简化考虑空间变异性的效果。定义了贡献率指标以定量计算地层变异和参数空间变异性对浅基础承载力计算结果的影响。结果表明，如果不考虑地层不确定性，传统确定性的承载力计算会高估浅基础的承载力。当钻孔数量较少时，地层变异对承载力计算起主要影响；当钻孔数量充足时，则由参数空间变异主导。     

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。     

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。     

考虑地层变异特征一致性的围岩变形不确定性分析

目前地层变异性分析大多基于地层重复性沉积和变异特征一致性假设,而未考虑地质构造和风化作用的影响,忽略了地层变异性特征一致性的检验。为此,提出地层变异特征一致性的检验和分区方法,采用岩土相局部状态转移概率矩阵的相关系数作为一致性的定量判据,基于耦合Markov链模型模拟地层分布,并通过Monte-Carlo方法分析隧道围岩变形的不确定性。利用青岛轨道交通某斜井的地质钻孔数据,探讨了地层变异特征一致性对地层分布和变形模拟精度的影响,分析了所提方法的有效性。结果表明,当地质构造和风化作用导致地层变异特征不一致时,增加钻孔数量无法提高地层分布模拟精度,采用所提方法对地层变异特征一致性检验并分区后,可避免状态转移概率矩阵中局部地层分布特征缺失的问题,提高围岩变形不确定性分析的准确性。     

考虑地层变异特征一致性的围岩变形不确定性分析

目前地层变异性分析大多基于地层重复性沉积和变异特征一致性假设,而未考虑地质构造和风化作用的影响,忽略了地层变异性特征一致性的检验。为此,提出地层变异特征一致性的检验和分区方法,采用岩土相局部状态转移概率矩阵的相关系数作为一致性的定量判据,基于耦合Markov链模型模拟地层分布,并通过Monte-Carlo方法分析隧道围岩变形的不确定性。利用青岛轨道交通某斜井的地质钻孔数据,探讨了地层变异特征一致性对地层分布和变形模拟精度的影响,分析了所提方法的有效性。结果表明,当地质构造和风化作用导致地层变异特征不一致时,增加钻孔数量无法提高地层分布模拟精度,采用所提方法对地层变异特征一致性检验并分区后,可避免状态转移概率矩阵中局部地层分布特征缺失的问题,提高围岩变形不确定性分析的准确性。     

考虑地层变异特征一致性的围岩变形不确定性分析

目前地层变异性分析大多基于地层重复性沉积和变异特征一致性假设,而未考虑地质构造和风化作用的影响,忽略了地层变异性特征一致性的检验。为此,提出地层变异特征一致性的检验和分区方法,采用岩土相局部状态转移概率矩阵的相关系数作为一致性的定量判据,基于耦合Markov链模型模拟地层分布,并通过Monte Carlo方法分析隧道围岩变形的不确定性。利用青岛轨道交通某斜井的地质钻孔数据,探讨了地层变异特征一致性对地层分布和变形模拟精度的影响,分析了所提方法的有效性。结果表明,当地质构造和风化作用导致地层变异特征不一致时,增加钻孔数量无法提高地层分布模拟精度,采用所提方法对地层变异特征一致性检验并分区后,可避免状态转移概率矩阵中局部地层分布特征缺失的问题,提高围岩变形不确定性分析的准确性。     

考虑地震危险性的倾倒变形边坡风险定量分析

风险分析与评估是解决边坡固有不确定性的重要工具,但同时考虑外在荷载和内在岩土力学参数的不确定性,对边坡进行系统定量风险分析的研究较少.以西藏扎拉水电站厂后倾倒变形边坡为例,基于场地地震峰值加速度概率密度函数和不同地震峰值加速度下边坡失稳概率拟合函数,采用数值积分计算了边坡在设计基准期的失稳概率,并采用离散元方法对边坡失...