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。     

岩土工程可靠度分析的改进响应面法研究

为了提高响应面法的计算效率和精度,对现有的全局响应面法进行了改进。采用径向基函数（RBF）神经网络,代替目前常用的BP网络,迭代过程中在超锥体的范围内构造响应面,逼近隐式的非线性功能函数。数值算例分析表明,与通常的响应面法相比,改进全局响应面法的迭代次数和有限元分析次数均大幅减少,节省机时,有利于提高计算精度。同时,以浅基础和挡土墙为工程背景进行可靠度分析,表明该方法能以较快的收敛速度和较少的有限元分析次数,获得较高精度的可靠度指标,适用于岩土工程的可靠度分析。     

基于响应面法的软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度分析

由于湿喷纤维混凝土支护结构物理、力学参数和喷层厚度的离散性及混凝土强度破坏准则难以用支护材料参数显式表达,对该类隧道支护结构进行可靠度分析十分困难,提出采用响应面方法计算湿喷纤维混凝土支护结构的可靠度方法,并给出了计算流程,其中围岩-支护结构的确定性分析采用非线性有限元方法,可靠度分析采用2次响应面法.以赣州-龙岩铁路金华山软岩隧道湿喷纤维混凝土支护结构为研究对象,对该支护结构的可靠度进行分析与计算.分析结果表明,金华山隧道湿喷纤维混凝土支护结构可靠度指标高,处于安全状态.     

基于多重响应面法的空间变异土坡系统可靠度分析

空间变异土坡可靠度问题应该视为系统可靠度问题,多重响应面法为高效、准确地对其进行求解提供了一条有效途径。针对单一滑面确定了合理的空间变异土坡安全系数的响应面形式,并探讨了可靠度分析精度和随机场离散精度间的近似线性关系。建立基于大量潜在滑面的多重响应面,计算系统失效概率,并识别其中的代表性滑面。通过两个土坡算例验证所提方法的有效性。结果表明:随着空间变异性的增强,土坡可靠度的系统性增强,单一滑面的失效概率将显著低估土坡整体失效概率;通过控制随机场离散精度,可以事先保证一定的可靠度分析精度,从而有效地避免离散出过多并不重要的随机变量;合理地选择多重响应面形式有利于进一步提高计算效率和计算精度;多重响应面法可以同时分析所有潜在滑面的失效概率以及系统失效概率,并识别出代表性滑面,为边坡防治提供参考。     

基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析

提出了一套基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法。该方法首先从大量潜在滑动面中筛选出代表性滑动面。针对每条代表性滑动面,采用Hermite多项式展开建立其安全系数与土体参数间的非线性显式函数关系（即随机响应面）。然后,采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率。在蒙特卡罗模拟中,采用所有代表性滑动面的随机响应面计算每一组样本所对应的边坡最小安全系数。最后,以两个典型多层边坡系统可靠度问题为例验证了该方法的有效性。结果表明：文中提出的边坡系统可靠度分析方法能够有效地识别边坡代表性滑动面,具有较高的计算精度和效率,并且确定代表性滑动面时无需计算滑动面间的相关系数。同时该方法可以有效地计算低失效概率水平的边坡系统可靠度,为含相关非正态参数的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径。此外,多层边坡可能同时存在多条潜在滑动面,基于单一滑动面（如临界确定性滑动面）或者部分代表性滑动面进行边坡系统可靠度分析均会低估边坡失效概率。     

改进响应面法及其在倾斜荷载桩可靠度分析中的应用

针对结构可靠度分析中常用的二次函数响应面法的不足,提出一种采用髙次响应面函数和利用JC法几何性质原理确定迭代中心点准则的响应面法。在此基础上,将该法应用于倾斜荷载桩的可靠性分析,计算了基于桩顶水平位移过大和桩身材料屈服这两种失效模式下的基桩可靠度,并连同蒙特卡罗法和二次函数响应面法的计算结果进行了比较。计算表明,改进的响应面法减少了计算的迭代次数,有效地提高了计算精度和数值试验的稳定性,可用于大型复杂结构的可靠性分析。     

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。     

基于可靠度理论的边坡稳定性研究进展

随着国内基础设施的蓬勃发展,出现了越来越多的高陡人工边坡,因此对边坡稳定性分析和失稳预警的准确性、实时性有了更高的要求。近年来,基于可靠度理论的边坡稳定性分析方法有了很大的发展。本文简要回顾了边坡可靠度分析理论的发展历程,对该项理论在国际上的重要科研进展和最新成果进行了归纳和总结,并详细阐述和对比了当前常见的几种分析方法。在此基础上对我国边坡可靠度理论研究存在的不足和未来的发展趋势给出了具体的意见和建议。     

基于全局极限响应面的预应力锚索加固边坡抗震可靠度分析

通过反向采用极向条分的极限分析上限法获取临界强度参数对,拟合得到预应力锚索边坡对应的抗震全局极限响应面方程,将其作为内核函数使用Monte Carlo模拟得到特定地震烈度下的预应力锚索加固边坡的失稳概率和可靠度指标,避免直接使用极限分析上限法而造成的抽样和寻优算法的冗余嵌套。将该方法应用于预应力锚索加固边坡算例中,并将抗震全局极限响应面与基于"均值最不利滑动面"的极限响应面进行了对比,结果表明全局极限滑动面所得失稳概率较大,特定滑面的极限响应面法偏于不安全。进一步分析了锚索参数对边坡抗震失稳概率的影响以及失稳概率与可靠度的关系曲线,表明该方法很好地兼顾了变异参数空间的全局性以及计算的高效性,可以为基于可靠度的预应力锚索边坡抗震设计提供理论参考。     

边坡可靠度风险评价分析

确定性设计安全系数法由于简单易行得到了广泛的应用。可靠度方法在一定程度上弥补了确定性设计中不能考虑实际工程中岩体参数离散性的问题，使设计更加符合实际情况。函数连分式方法在边坡一次二阶矩概率设计中可以方便地计算出状态函数对各随机变量的偏导数，也可使传统安全系数法和可靠度分析有机结合。考虑经济最优的原则，结合风险分析来确定可靠度法设计中的可靠度数值问题。由安全系数和可靠性共同度量边坡系统的稳定性，建立传统安全系数与可靠度理论耦合的边坡稳定二元体系，可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性，使边坡的稳定性评价更加客观精确，为边坡安全和滑坡灾害的风险性管理提供理论和方法。     

心墙堆石坝渗透稳定可靠性分析的随机响应面法

将大规模渗流有限元计算与随机响应面法相结合,对双江口心墙堆石坝进行渗透稳定可靠性分析。在基于随机响应面法的可靠度分析框架内,堆石坝稳定渗流有限元计算过程和可靠度分析过程分开独立进行,通过对心墙渗透坡降较大区域的节点建立统一的渗透稳定功能函数,采用渗流有限元分析方法和随机响应面法,计算出该区域每个节点处的渗透破坏失效概率,并将最大失效概率作为心墙的失效概率。最后,分析了心墙渗透系数、覆盖层渗透系数、上游水位与心墙具有最大失效概率节点处渗透坡降的相关关系,以及心墙渗透系数和上游水位的变异性对心墙渗透破坏失效概率的影响。计算结果表明,随机响应面法3阶Hermite展开就能够保证良好的计算精度,且计算耗时较小;双江口堆石坝心墙具有最大失效概率节点处的渗透坡降与上游水位密切相关,而与心墙本身的渗透系数呈弱负相关关系,与覆盖层渗透系数的相关性不显著;随着上游水位变异性的增大,心墙失效概率急剧增大,而这种效应对于心墙渗透系数并不明显。研究成果为随机响应面法在实际工程中的应用奠定了一定的基础。     

Reliability analysis approach for railway embankment slopes using response surface method based Monte Carlo simulation

Geotechnical and Geological Engineering - The railway embankment slope is a complex open system including uncertainty of soil parameters. Considering the influencing factors with randomness,...     

基于多重响应面法的基坑位移反分析

基坑变形的反分析涉及数值模型与优化方法的耦合,常具有计算量大、使用不方便的特点。为此,提出1种可用于基坑变形反分析的多重响应面法,该方法在基坑地下连续墙不同深度处分别采用二次多项式表示地下连续墙水平位移与土层弹性模量之间的隐式关系,在此基础上利用位移观测对基坑土层弹性模量进行反分析。该方法可以解开数值模型和优化算法的耦合,从而具有较高的计算效率。工程应用实例表明,多重响应面法对基坑土层弹性模量进行反分析具有使用方便、计算效率高、计算结果准确的优点,非常适合求解基坑工程的位移反演问题。     

基于隐函数曲面的三维断层网络建模与不确定性分析

针对地质环境中不同断层构造出现交叉、削截等现象而构成的复杂断层网络,本文基于隐函数曲面重建提出了一种三维断层网络隐式建模方法。该方法首先以径向基隐函数曲面重建理论为基础,基于地质剖面图中断层轮廓线数据以及断层产状信息隐式构建三维断层面模型;然后使用二叉树结构描述不同断层间的空间拓扑关系构建断层网络模型;最后,考虑断层建模中产状信息估计的不确定性,定义了断层面法向量概率分布模型,采用信息熵指标定量评价断层模型质量。以贵州水银洞金矿床为实例矿床,选定包含多条断层的区域作为试验区,采用该方法构建了实例三维断层网络模型,结果表明,基于隐函数曲面的三维断层网络建模方法能快速构建区域内多条断层的三维断层网络模型和拓扑结构,有助于复杂断层网络快速建模和三维形态分析,为断层构造定量研究提供基础。     

基于ABAQUS-ANFIS-MCS的岩质边坡可靠性分析

针对岩质边坡工程稳定性分析中参数的不确定性,基于ABAQUA建立了平面破坏型边坡有限元分析模型。并用该模型进行了边坡稳定状态的数值模拟,以获得进行ANFIS分析的数据。同时基于自适应神经模糊推理系统建立了岩体力学参数与边坡抗滑力和下滑力的映射模型,分析得到抗滑力和下滑力的统计特征。根据蒙特卡罗模拟方法用MATLAB语言编写了求解边坡的破坏概率和可靠度的计算程序,对湖南雪峰水泥原料矿山的露天矿边坡进行可靠度分析。研究结果表明,该方法具有避免编写冗长的有限元计算程序、节省机时、计算精度高的优点。     

Relevance vector machine‐based response surface for slope reliability analysis

A new computing method is proposed for reliable analysis. The limit state function is implicit and nonlinear in reliability analysis of slopes and is difficult to apply by traditional reliability methods, especially in large‐scale project applications. Relevance vector machines (RVMs) are capable of approximating the limit state function without the need for additional assumptions regarding the function form, as opposed to traditional polynomial response surfaces. RVMs were adapted to obtain the limit state function. We propose an RVM‐based response surface method combined with the first‐order reliability method for slope reliability analysis and describe its step‐by‐step implementation. The reliability index obtained from the proposed method shows excellent agreement with traditional response surface method results. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

Reliability analysis of soil liquefaction based on standard penetration test

A review of probabilistic and deterministic liquefaction evaluation procedures reveals that there is a need for a comprehensive approach that accounts for different sources of uncertainty in liquefaction evaluations. For the same set of input parameters, different models provide different factors of safety and/or probabilities of liquefaction. To account for the different uncertainties, including both the model and measurement uncertainties, reliability analysis is necessary. This paper presents a review and comparative study of such reliability approaches that can be used to obtain the probability of liquefaction and the corresponding factor of safety. Using a simplified deterministic Seed method, this reliability analysis has been performed. The probability of liquefaction along with the corresponding factor of safety have been determined based on a first order second moment (FOSM) method, an advanced FOSM (Hasofer–Lind) reliability method, a point estimation method (PEM) and a Monte Carlo simulation (MCS) method. A combined method that uses both FOSM and PEM is presented and found to be simple and reliable for liquefaction analysis. Based on the FOSM reliability approach, the minimum safety factor value to be adopted for soil liquefaction analysis (depending on the variability of soil resistance, shear stress parameters and acceptable risk) has been studied and a new design safety factor based on a reliability approach is proposed.