融合历史降雨下斜坡稳定性观测信息的可靠度分析

降雨诱发斜坡失稳机理及可靠度分析通常忽略了现场观测信息的影响,包括斜坡在天然条件下保持稳定或经历历史降雨后保持稳定等观测信息.以无限长斜坡模型为例,采用贝叶斯更新方法基于“斜坡经历某次历史降雨后仍保持稳定”这一现场观测信息概率反分析空间变异水力和抗剪强度参数,基于蒙特卡洛模拟方法计算不同降雨历时下斜坡失效概率,对比分析忽略观测信息对斜坡失效概率估计所造成的影响.结果表明：概率反分析通过融合历史降雨下斜坡稳定性观测信息,可有效排除因抗剪强度参数空间变异性导致斜坡沿软弱层发生失稳的可能性,为客观评价降雨诱发的空间变异斜坡失效概率奠定了基础.如果忽略“斜坡经历某次历史降雨后仍保持稳定”这一观测信息会明显高估斜坡失效概率,尤其在降雨初期.本研究成果为揭示降雨诱发斜坡失稳机制提供新的视角.     

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。     

考虑优势流作用的降雨入渗边坡可靠度分析

降雨诱发滑坡是世界上最普遍的地质灾害,而关于降雨入渗对边坡的可靠度分析,优势入渗的影响被长期忽视。使用Comsol Multiphysics对降雨条件下优势入渗做数值求解,利用无限边坡模型计算边坡安全系数;并应用改进Cholesky分解法生成空间相关随机场,使用蒙特卡洛方法分析降雨过程中边坡的可靠度。结合确定性与可靠度计算对比均质入渗与优势入渗在降雨过程中边坡安全性变化：（1）降雨强度较低时,优势入渗安全性较好,而降雨强度较高时,均质入渗更稳定;（2）均质入渗中参数空间变异性是边坡失稳破坏的关键因素,而优势入渗的边坡失稳则由湿润峰快速推进所导致;（3）针对优势入渗模型研究,发现基质域与优势域水力交换强度较大时边坡有更大概率失稳,而较小的水力交换强度可能影响边坡底部的失稳破坏。     

考虑土性参数空间变异性的边坡可靠度分析

采用基于Morgenstern-Price法的Monte-Carlo模拟对黄河大堤开封段边坡进行了可靠度分析,并用抽样法进行了考虑土性参数空间变异性的可靠度分析,讨论了土性参数互相关性对可靠指标的影响,得到了一些有益的结论。对边坡工程安全度评价研究有一定的理论意义和实际应用价值。     

先验概率分布及似然函数模型的选择对边坡可靠度评价影响的定量评估

受工程勘察成本及试验场地限制,可获得的试验数据通常有限,基于有限的试验数据难以准确估计岩土参数统计特征和边坡可靠度。贝叶斯方法可以融合有限的场地信息降低对岩土参数不确定性的估计进而提高边坡可靠度水平。但是,目前的贝叶斯更新研究大多假定参数先验概率分布为正态、对数正态和均匀分布,似然函数为多维正态分布,这种做法的合理性有待进一步验证。总结了岩土工程贝叶斯分析常用的参数先验概率分布及似然函数模型,以一个不排水黏土边坡为例,采用自适应贝叶斯更新方法系统探讨了参数先验概率分布和似然函数对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新的影响。计算结果表明:参数先验概率分布对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新均有一定的影响,选用对数正态和极值I型分布作为先验概率分布推断的参数后验概率分布离散性较小。选用Beta分布和极值I型分布获得的边坡可靠度计算结果分别偏于保守和危险,选用对数正态分布获得的边坡可靠度计算结果居中。相比之下,似然函数的影响更加显著。与其他类型似然函数相比,由多维联合正态分布构建的似然函数可在降低对岩土参数不确定性估计的同时,获得与场地信息更为吻合的计算结果。另外,构建似然...     

降雨入渗条件下非饱和黏土边坡稳定性分析

大量研究表明,主要且直接诱发边坡失稳的主要因数是降雨,雨水入渗对非饱和土质边坡稳定性的影响最大。分析非饱和黏土边坡基质吸力和渗流场影响,采用有限元软件FLAC2D建立非饱和黏土边坡的数值模型,研究计算在降雨强度不同条件下,降雨时间相同和降雨总量相同这两种情况对边坡稳定性的影响。结果表明:非饱和黏土边坡内部的剪应变增量随降雨强度的变大而增大,边坡的位移也和降雨强度呈正相关关系,降雨强度越大越容易造成黏土边坡表层失稳。     

填土边坡稳定性的可靠度分析

为了系统地建立填土边坡稳定性的可靠度分析方法, 首先, 在可靠度分析原理的基础上, 对填土边坡的不确定性进行了讨论; 然后, 建立了多变量影响下填土边坡可靠度分析的基本流程; 最后, 以广西平乐县二塘锰矿区典型填土边坡为例, 基于GeoStudio软件, 应用所提出的分析流程对典型填土边坡的可靠度指标进行了计算, 通过"安全概率"对边坡的安全性进行了评价.研究结果表明: (1)填土边坡的不确定性包括内部结构和环境因素两方面, 前者不确定因素来自于填土土体不确定性和边坡的几何特征不确定性, 后者不确定性因素来自于降雨、地震和人工加载等; (2)可靠度分析的基本流程为填土边坡系统不确定性分析、建立可靠度极限状态方程、求解可靠度指标和边坡安全性评价; (3)广西平乐二塘锰矿填土边坡敏感性因素排序为: 内摩擦角Φ＞黏聚力C＞车辆荷载F; (4)考虑50年一遇极值降雨过程, 稳定性系数在降雨12 h达到最小, 其可靠度指标(β)为8.79, 破坏概率为0.根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》所规定的安全系数, 填土边坡的安全概率为69.84%.      

基于BUS方法的无限长边坡可靠度更新

某一特定岩土场地的试验数据、监测资料和观测信息等通常十分有限,然而贝叶斯方法却可充分利用有限的场地信息克服试验数据样本量较小的不足。为有效估计有限样本条件下参数统计特征,提出了基于结构可靠度方法和贝叶斯更新(BUS)的边坡可靠度更新方法,通过融入直剪试验数据更新无限长边坡可靠度验证了提出方法的有效性,并系统探讨了岩土体参数先验信息如试验样本量、概率分布和似然函数模型对边坡可靠度更新的影响规律。结果表明:BUS方法能够考虑岩土体参数概率分布和似然函数模型的影响,融入有限的场地信息准确地估计参数统计特征和更新边坡可靠度,为解决有限样本条件下边坡可靠度更新问题提供了一条有效的途径。土体参数概率分布对边坡可靠度更新结果(参数后验均值、标准差以及更新的失效概率)具有重要的影响,基于常用的正态和对数正态分布的边坡可靠度更新结果偏于保守,相比之下,似然函数模型对边坡可靠度更新结果的影响相对较小。此外,岩土体参数不确定性和更新的边坡失效概率均随着试验样本量的增大而减小,但当样本量增大到一定程度时它们的变化不大。     

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.     

降雨型滑坡时间概率的逻辑回归拟合及连续概率滑坡危险性建模

提高降雨型滑坡危险性预警精度和空间辨识度具有重要意义.以江西宁都县1980—2001年156个降雨型滑坡为例,首先基于传统的EE-D(early effective rainfall-rainfall duration)阈值法计算不同降雨诱发滑坡的时间概率级别;然后以各级别临界降雨阈值曲线对应的时间概率为因变量,并以对应的前期有效降雨量(early effective rainfall,EE)和降雨历时(D)为自变量,采用逻辑回归拟合出上述因变量与自变量之间的非线性关系,得到降雨诱发滑坡的连续概率值;之后对比C5.0决策树和多层感知器的滑坡易发性预测性能;最后利用降雨诱发滑坡的连续概率值与易发性图相耦合以实现连续概率滑坡危险性预警.结果显示：(1)宁都降雨型滑坡连续概率值的逻辑回归方程为1/P=1+e^{4.062+0.747 4×D-0.079 44×EE},其拟合优度为0.983;(2)2002—2003年的20处用于连续概率阈值测试的降雨型滑坡大都落在连续概率值大于0.7的区域,只有4处落在小于0.7的区域;(3)C5.0决策树预测滑坡易发性的精度显著高于多层感知...     

基于失效概率的边坡降雨阈值曲面探讨

降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率Pf=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。     

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。     

考虑参数空间变异性多层土坡系统可靠度分析

多层土坡在岩土工程实际中十分常见,不仅土体参数存在一定的空间变异性,而且土体框架呈现明显的层状分布特征,然而目前对考虑土体参数空间变异性的多层土坡稳定可靠度研究的远远不够。提出了基于多重响应面边坡系统可靠度分析的蒙特卡洛模拟（MCS）方法,给出了计算流程图,系统地研究了考虑土体参数空间变异性的多层土坡系统可靠度问题。结果表明,提出方法能够有效地分析考虑参数空间变异性低失效概率水平的多层土坡系统可靠度问题,并且具有较高的参数敏感性分析计算效率。     

降雨入渗诱发黄土滑塌的模式及临界值初探

国内外对诱发滑坡的降雨阈值的研究多采用统计方法对历史滑坡和降雨量数据进行相关分析,而在分析过程中很少按降雨入渗诱发模式的不同进行分类.实际上,降雨临界值与被触发的滑坡类型紧密相关,不同模式的降雨可以触发不同类型和规模的滑坡,而不同类型的滑坡也“需要”不同的降雨临界值.本文以陕北黄土高原广泛发育的-种典型地质灾害-黄土滑塌作为研究对象,从定性分析降雨入渗的机理入手,探讨了不同入渗模式下雨水对滑塌的诱发作用,初步建立了缓慢下渗诱发型、下渗阻滞诱发型、下渗贯通诱发型三种降雨诱发黄土滑塌的模式.运用统计学的方法,对陕西北部地区25个县(市、区)1960年～2008年发生的有准确日期记录的227个黄土滑塌和降雨数据进行分类,建立了不同降雨入渗诱发类型下的黄土滑塌降雨临界值或预警值.     

甘肃黑方台黄土边坡稳定性的可靠度分析

在对黑方台地区的黄土进行3种含水率条件下的直接剪切试验和重塑土的反复剪切试验,并收集该区地层力学参数,利用21组实测边坡的坡高坡度建立地质模型,采用Monte Carlo法进行边坡可靠度分析,结果表明:该区黄土黏聚力基本为零,边坡稳定性与坡度显著相关,以5%作为可接受概率,则边坡稳定坡度为27.2。对于坡度大于27.2的边坡,宜做防护或改善地下水坏境等措施。     

适用于斜坡降雨入渗分析的修正Green-Ampt模型

降雨入渗分析是预测降雨诱发滑坡的关键因素之一。Green-Ampt模型原理简单、使用方便,在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力,但该方法主要适用于初始含水率为均匀分布的情况。基于这一不足,推导了初始含水率为非均匀分布条件下降雨入渗深度和时间的关系,并给出了基于Runge-Kutta原理的数值解法。当初始含水率为均匀分布时,提出的方法可简化为文献中已有的Green-Ampt模型。当初始含水率为非均匀分布时, Richards方程预测所得的孔隙水压力分布图中土体饱和区和未受降雨影响的非饱和区之间存在一个较窄的过渡段,由新模型计算所得的湿润锋穿过这一过渡段,且靠近饱和部区的底部。总体而言,新方法计算所得的孔隙水压力分布与Richards方程求解结果类似。     

考虑降雨入渗参数空间变异性的浅层滑坡时效风险分析

降雨条件下边坡所处的滑坡风险状态与土体参数空间分布密切相关,为高效评估降雨诱发滑坡所处的风险等级,应用Python计算平台进行编码,采用修正Green-Ampt入渗模型推导出无限长边坡（infinite slope）的极限状态函数,结合岩土参数随机场理论及一阶可靠度分析方法,得到了降雨诱发滑坡的概率分析结果,并建立了算例边坡的易损性曲线。研究结果表明：相比于传统的边坡稳定性定值分析方法,可靠度分析结果可以较为全面地反映边坡在不同降雨强度以及降雨持时条件下所处的风险状态;当降雨强度超过一定等级后,在相同的降雨持时条件下其强度大小对边坡失效概率的影响不大;在特定研究区域内,当降雨强度已知时,可以通过易损性明确边坡在容许风险等级下的失效时间,为滑坡防控领域的防灾减灾工作提供重要参考。     

降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性影响分析

既往,降雨入渗对边坡稳定性的影响研究,主要集中在土质边坡,对裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下的稳定性研究相对较少。本文以大理海东新城开发某地段的边坡工程为背景,基于有限元软件Midas GTS模拟降雨条件下该边坡的应力场和渗流场的变化,并运用强度折减法,采用数值方法计算出降雨入渗后的边坡稳定性系数,结合孔隙水压力和饱和度的变化分析,综合评价边坡稳定性变化情况。模拟结果发现：在降雨条件下,考虑裂隙发育时的计算结果与宏观观察结果基本一致;裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下,降雨通过裂隙渗入到边坡深部,此时边坡的稳定性系数和基质吸力都会显著、迅速降低,从而导致边坡极易发生失稳破坏;在降雨条件下,采用预应力锚索+排水沟+裂隙处理的方案对边坡进行综合处理,稳定性系数从原始的1.25上升到1.58,避免了边坡发生失稳破坏造成的安全隐患。该研究结果将为降雨条件下裂隙岩质边坡的工程治理提供了参考和依据。     

三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,分别开展一维土柱入渗试验和二维滑坡模型试验,研究了不同降雨强度条件下滑坡土体的入渗特征以及对应的滑坡浅层变形机制。降雨入渗试验结果表明：降雨入渗土体的速度取决于降雨强度与土体渗透系数的相对大小,当降雨强度小于或等于土体渗透系数时,入渗能力随降雨强度增大而增大。当降雨强度大于土体渗透系数时,入渗能力反而随之减小。模型试验结果表明：强降雨入渗时,会造成地表土体暂态饱和,表层土体以下非饱和区内的气体被暂态封闭并受到表层孔隙水压力作用而压缩,导致孔隙气压力随降雨入渗迅速增大。对于三峡库区的降雨型滑坡,短时的暴雨会产生瞬态饱和区。封闭气体,这也是影响强降雨入渗能力的主要原因;同时封闭气体传递水压使得浅层土体的孔隙水压力骤增,这也是许多滑坡发生浅层变形和破坏的主要原因。