竖向承载桩的模糊随机可靠度计算方法

根据桩顶沉降率 来描述桩基的承载过程,并将沉降率 视作模糊随机变量,同时,考虑了桩基失效具有的模糊性和随机性。通过模糊统计法,确定了 对失效的隶属函数 ,再用概率统计方法求得了 的分布参数。导出了桩基承载可靠度和可靠性指标的计算方法。通过实例计算,证明该方法对分析桩基承载可靠性既合理又实用。     

Stochastic response surface method for reliability analysis of rock slopes involving correlated non-normal variables

This paper proposes a stochastic response surface method for reliability analysis involving correlated non-normal random variables, in which the Nataf transformation is adopted to effectively transform the correlated non-normal variables into independent standard normal variables. Transformations of random variables that are often used in reliability analyses in terms of standard normal variables are summarized. The closed-form expressions for fourth to sixth order Hermite polynomial chaos expansions involving any number of random variables are formulated. The proposed method will substantially extend the application of stochastic response surface method for reliability problems. An example of reliability analysis of rock slope stability with plane failure is presented to demonstrate the validity and capability of the proposed stochastic response surface method. The results indicate that the proposed stochastic response surface method can evaluate the reliability of rock slope stability involving correlated non-normal variables accurately and efficiently. Its accuracy is shown to be higher than that for the first-order reliability method, and it is much more efficient than direct Monte-Carlo simulation. The results also show that the number of collocation points selected should ensure that the Hermite polynomial matrix has a full rank so that different order SRSMs can produce a robust estimation of probability of failure for a specified performance function. Generally, the accuracy of SRSM increases as the order of SRSM increases.     

岩体结构面强度的可靠度分析

基于岩体结构面破坏的Mohr-Coulomb准则和可靠度理论,视结构面和岩块强度参数以及结构面倾角为随机变量,分析了结构面强度参数的变异性对结构面破坏概率的影响,探讨了结构面破坏概率随结构面倾角的变化规律,提出了结构面和岩块破坏概率的计算公式,找出了影响结构面破坏概率的主要因素。结果表明,岩体结构面强度的可靠度分析比传统的定值分析方法更为客观合理。     

边坡稳定可靠度分析的广义可行方向法

在广义随机空间中直接建立验算点的迭代公式,可以方便地解决含相关随机变量的结构可靠度计算问题。在广义随机空间中推导了一种收敛性较好的验算点迭代公式,并应用于边坡稳定的可靠度分析。针对卡基娃混凝土面板堆石坝地震工况坝坡稳定的可靠度分析表明:(1)由于安全系数法采用的输入参数为确定值,故不能考虑参数随机波动的影响。可靠度分析能够反映参数随机性的影响,这对于深入评估工程安全与抗风险能力是有益的。(2)通过引入条件概率方法考虑地震和坝坡失稳同时发生的概率得到的结构可靠指标将提高,而提高的幅度与地震发生概率的大小有关。(3)堆石非线性强度指标具有正相关性,考虑强度指标的相关性将提高边坡稳定的可靠度。     

基于响应面法的边坡稳定二阶可靠度分析

提出了基于响应面法的边坡稳定二阶可靠度分析的实用算法。选择U空间中的随机变量,通过空间变换和相关矩阵分解,计算试验点的功能函数;通过迭代算法构造响应面、以确保通过最小的计算量获得最优精度,并在此基础上进行FORM/SORM计算。以一岩石边坡的平面滑动问题为例,通过与蒙特卡洛模拟、FORM及随机响应面法的比较,证明了该方法的准确性和高效性。分析了参数的相关性及试验点取值范围对计算结果的影响,讨论了可靠度分析结果中参数敏感性和物理属性问题。该方法可为实际边坡问题的可靠度分析提供参考,并可以用来进行基于可靠度分析的加固设计。     

用改进的JC方法分析三维Hoek-Brown准则的可靠度

选用工程中广泛应用的Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ强度准则作为极限状态函数,将方程中的六个变量：即主应力分量σ１、σ２、σ３;岩块单轴抗中度σＣ和岩石参数ｍ,ｓ作为其随机变量,采用改进的ＪＣ方法三岩体经度准则的可靠度指标β。由于三维Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｎ准则方程所表现出来的高次非线性和复杂性,文中利用复合函数求导法则直接针对随机变量求解可靠度指标和相应的验算应值,并进行了参数相关及不同概型情况下三维Ｈｏｅｋ－Ｂ     

基于连续介质模型的隧道衬砌结构可靠性研究

基于连续介质力学模型,提出了一种简单易行的可靠性分析方法,该方法能利用现行通用的有限元程序,能得到显式的功能函数,但又不同于响应面法。以公路隧道圆形隧洞的开挖支护为例,采用此方法将围岩参数c (黏聚力)、E,? 和二次衬砌厚度D作为随机变量,采用有限元程序得到单一变量变化下的衬砌轴应力值,进而拟合出衬砌轴应力关于单一随机变量的关系式,并通过多元线性或非线性回归得到衬砌轴应力关于所有随机变量的显示表达式,再对圆形隧洞的衬砌结构进行了敏感性和可靠性分析,得到了一些有意义的结论。     

边坡工程可靠性分析的最大熵方法

边坡工程可靠性分析的最大熵方法,利用已有样本的部分信息来使熵最大化,充分利用了随机变量的高阶矩信息,由样本矩来推断边坡可靠性功能函数的概率密度函数,求解边坡的破坏概率。该方法对基本随机变量的分布没有特别要求,避免了常规方法计算过程中在迭代点处对非正态随机变量进行近似当量正态化处理的缺陷。通常,功能函数的真实概率密度函数很难、甚至无法求得,将Pearson曲线族引入岩土参数随机变量高阶矩的求解当中,可以很容易地得到功能函数的高阶中心矩,然后,基于最大熵原理拟合得到功能函数的最大熵密度函数,采用区间截断法和高斯-克朗罗德数值积分法分别确定最大熵密度函数的拉格郎日系数和边坡的破坏概率。算例分析结果表明:该方法计算效率高,结果可靠,克服了传统方法求解过程复杂、精度低的缺点,将其应用于工程边坡的可靠性分析当中,发展潜力大,具有一定的应用前景和实用价值。     

Stochastic response surface method for reliability problems involving correlated multivariates with non-Gaussian dependence structure: Analysis under incomplete probability information

This paper aims to provide a stochastic response surface method (SRSM) that can consider non-Gaussian dependent random variables under incomplete probability information. The Rosenblatt transformation is adopted to map the random variables from the original space into the mutually independent standard normal space for the stochastic surrogate model development. The multivariate joint distribution is reconstructed by the pair-copula decomposition approach, in which the pair-copula parameters are retrieved from the incomplete probability information. The proposed method is illustrated in a tunnel excavation example. Three different dependence structures characterized by normal copulas, Frank copulas, and hybrid copulas are respectively investigated to demonstrate the effect of dependence structure on the reliability results. The results show that the widely used Nataf transformation is actually a special case of the proposed method if all pair-copulas are normal copulas. The effect of conditioning order is also examined. This study provides a new insight into the SRSM-based reliability analysis from the copula viewpoint and extends the application of SRSM under incomplete probability information.     

特定场地下土工构筑物的几何可靠性分析

针对特定场地下土工构筑物的正常使用极限状态,采用近年发展的几何可靠性方法计算了多种构筑物的可靠度指标。考虑同一场地下的钻孔灌注桩、抗浮锚杆和CFG桩单桩加载变形测试曲线的离散性,各曲线回归参数呈现差异并可作为随机变量,进而探讨了各曲线回归参数间的相关性及联合分布特性。基于这些回归参数的联合发散概率密度等值线,即随机变量刚好达到极限承载能力状态,该几何可靠性算法可在随机变量的原始空间求得土工构筑物的可靠度指标。通过比对该几何可靠度指标与常规的一次可靠性算法成果,验证了该几何可靠性计算技术的可行性。计算表明,几何可靠性评价模型实施简便,易于被工程技术人员接受。     

重力式基坑支护系统的可靠性分析

本文分析了重力式基坑支护系统可能包含的多重破坏模式后,在考虑土性参数不确定性的情况下,运用系统可靠度理论对基坑支护系统的失效概率进行分析和计算。结果表明该方法能对基坑系统的稳定性作出较全面的评价。     

样本数与边坡模糊随机可靠指标关系研究

以模糊随机变量理论为指导,视模糊随机变量的均值为模糊数,基于小样本理论推导了均值模糊数模糊变化范围与样本数的关系式。采用截集敏感性分析法进行了边坡稳定的模糊随机有限元可靠度分析,得到了边坡的模糊随机可靠指标及模糊滑面的位置,研究了样本数与边坡模糊随机可靠指标的关系。分析表明,基于模糊随机变量理论的模糊随机可靠度分析方法是随机可靠度分析方法的自然推广;模糊随机可靠指标与样本数有关,随着样本数的改变,模糊随机可靠指标的中值也会发生微小变化,不是定值;在相同的置信度情况下,模糊随机可靠指标的变化范围随着样本数的增加而减小,可通过增加样本数的方式来减小模糊随机可靠指标的模糊性。     

盐岩地下储气库套管运行安全的可靠性分析研究

盐岩因其具有良好的蠕变特性、低渗透性以及损伤自我恢复特性成为国际上公认的最理想能源地下存储介质。在盐岩地下储气库运营过程中储库套管受到储气内压、材料参数和几何尺寸等不确定性因素的影响,为了评价这些随机风险因素对储库套管结构运行安全的影响,建立了盐岩储气库的套管结构模型和基于Von Mises屈服准则的套管结构功能函数,根据建立的结构模型和结构功能函数,应用响应面法结合蒙特卡洛抽样计算获得储库在高压和低压运行条件下套管结构可靠度的变化规律。可靠性分析表明,为保证套管运行安全,储库最低运行内压应大于3 MPa,最高运行内压应小于22 MPa,套管靴距离储库腔顶的距离应大于10 m,并应适当加大套管的壁厚和减小套管的内径。     

盐岩储气库适用性评价标准的研究

目前国内还没有对盐岩储气库的适用性提出全面的评价标准。在研究地下储气库失事案例之后,提出了储气库适用性评价标准（ESAGSRS）。该标准分为稳定性和密闭性两方面。稳定性从储气库顶和底板的性质、盐岩层及夹层的性质、夹层与盐岩层交界面的性质、溶腔最大与最小运行压力及注采速率、溶腔形状及矿柱距离5方面进行评分;密闭性则从储气库的固井技术、套管的性能、套管阀门的性能、溶腔压力、顶板性质、夹层性质、盐岩的渗透条件、夹层与盐岩层交界面的刚度比,地质构造条件等方面进行评分。将稳定性与密闭性的得分按比例相加,用所得总分来评价储气库的适用性。该标准较为全面地考虑了各种因素,可为工程实践提供一定的参考价值和理论支持。     

Probabilistic failure analysis of infinite slopes under random rainfall processes and spatially variable soil

Rainfall-induced landslides occur during or immediately after rainfall events in which the pore water pressure builds up, leading to shallow slope failure. Thereby, low permeability layers result in high gradients in pore water pressure. The spatial variability of the soil permeability influences the probability such low permeability layers, and hence the probability of slope failure. In this paper, we investigate the influence of the vertical variability of soil permeability on the slope reliability, accounting for the randomness of rainfall processes. We model the saturated hydraulic conductivity of the soil with a one-dimensional random field. The random rainfall events are characterised by their duration and intensity and are modelled through self-similar random processes. The transient infiltration process is represented by Richards equation, which is evaluated numerically. The reliability analysis of the infinite slope is based on the factor of safety concept for evaluating slope stability. To cope with the large number of random variables arising from the discretization of the random field and the rainfall process, we evaluate the slope reliability through Subset Simulation, which is an adaptive Monte Carlo method known to be especially efficient for reliability analysis of such high-dimensional problems. Numerical investigations show higher probability of slope failure with increased spatial variability of the saturated hydraulic conductivity and with more uniform rainfall patterns.     

坠落式危岩体稳定性可靠度判定及参数敏感性分析

汶川地震重灾区,由地震触发的地质灾害数量很多,其中危岩体稳定性判定为灾害治理重点工作。基于可靠度理论,针对坠落式危岩体稳定性极限状态特征,建立其可靠度判定概率极限状态方程,并采用现场量测及概率统计方法,对功能函数中危岩破裂面倾角、危岩等效摩擦角、单位长度危岩体重力、危岩等效黏聚力c、危岩体高度h等基本变量的均值、变异性及分布形态进行确定。基于以上研究成果,建立了坠落式危岩体稳定性可靠度指标计算方法,同时对各基本变量的可靠度敏感性进行研究,研究结果表明:其敏感性由大到小依次为危岩破裂面倾角、危岩等效黏聚力c、危岩的高度h、单位长度危岩体重力、危岩等效摩擦角,研究成果为坠落式危岩体稳定性判定和治理方案设计提供参考依据。     

岩土工程随机—模糊可靠度的概念和方法

岩体最基本属性之一是其力学性质的随机——模糊性。针对这种情况,本文分析了岩土工程随机可靠度理论面临的问题,提出了岩土工程随机——模糊可靠度的概念和计算方法。这种方法将模糊数学原理引入确定性分析,实现模——精结合,既充分考虑了岩石的客观属性,又满足了对工程稳定性定量评价的需要。     

岩土工程可靠度分析的神经网络四阶矩法

针对岩土工程的功能函数强非线性且难以显式表达的特点,提出了基于人工神经网络的四阶矩法,充分利用了基本随机变量的统计信息。首先利用神经网络对结构的隐式功能函数进行拟合,求得基本随机变量在均值点处的功能函数值及其偏导数,然后利用泰勒级数展开的方法由基本随机变量的前四阶矩求得功能函数的前四阶矩,并借助于Pearson系统获得功能函数的更高阶矩。在此基础上,通过最大熵原理确定以功能函数各阶矩为约束的功能函数的概率密度函数,最后由一次积分得到结构的失效概率。通过数值算例和工程实例不同方法的对比分析,表明基于神经网络的结构可靠度分析四阶矩方法是可行的,有效的,能够满足岩土工程可靠度分析的要求。     

带压开采煤层底板突水安全可靠性分析

为合理评价孙疃煤矿10煤层带压开采的安全可靠性,建立了10煤层隔水底板稳定性可靠度分析模型。考虑底板隔水层厚度、底板岩石容重、抗拉强度等参数为随机变量,采用斯列萨列夫安全隔水层厚度计算公式建立极限状态方程。在研究随机变量概型的基础上,采用JC法、最优化法以及基于最优化的蒙特卡罗法计算隔水底板的可靠度以及失效概率,并探讨了该矿10煤层安全开采的可靠指标,避免了单纯依据定值作为突水判据的某些不合理性。     

多随机因素作用下储气库套管运行期安全性分析

套管是地下储气库运行过程中的薄弱环节,各随机因素的变化会对套管系统安全性产生较大的影响。以三维套管-水泥环-围岩系统为研究对象,考虑几何尺寸、荷载、材料特性等多因素的随机特性,基于蒙特卡罗法对储气库运行期套管系统的失效概率及敏感性因素进行分析,通过与地质模型试验结果进行对比,验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明,各随机因素对套管系统可靠性的影响程度不同,其中套管厚度、套管内径、工作内压、水泥环厚度为高敏感性因素,且各因素的影响效果不同,在工程中可采取不同措施提高系统可靠性;采气阶段,根据储气库腔体应力状态和体积变形规律确定的最大采气降压速率不会影响套管系统的安全性。