柱下独立基础稳健性设计与分析

岩土工程随机参数统计特征的不确定性,使得岩土工程可靠度设计存在一定风险。岩土工程稳健性设计能够充分考虑随机参数的不确定性结合结构安全性、稳健性和经济性实现最优设计。针对随机参数统计特征的不确定性对柱下独立基础设计的影响,基于可靠度理论和岩土工程稳健性设计方法,考虑岩土参数、混凝土和钢筋材料力学参数统计特征不确定性的影响,以独立基础几何尺寸作为可控设计参数进行设计分析。将独立基础地基承载力、地基变形、基础结构冲切破坏和基础弯曲破坏4种失效模式视为串联系统,进行多失效模式下的结构体系稳健性设计,分析了多失效模式下结构几何参数与结构体系可靠度的关系。结合稳健性和经济性,进行了独立基础多目标优化设计,确定柱下独立基础设计的最优解。     

岩石抗剪强度指标互相关性的敏感度分析

岩土介质的强度参数特别是互相关性分析是岩土工程界研究的热点。本文在分析互相关性的估计和分布检验方法后，通过随机空间正交变换将具有互相关性的ｃ、变换得到独立随机变量，基于Ｍｏｈｒ－ｃｏｕｌｕｍｂ准则，详尽分析了互相关性对准则可靠度的敏感度。并得出一些对工程可靠度设计有重要意义的结论。     

岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法

岩土工程可靠度分析中,功能函数往往呈隐式且具有强非线性性质,而目前最为实用的矩方法,如JC法、二次二阶矩法,主要适用于显式功能函数情形。为此,将高效的统计矩估计方法和可靠度分析的高阶矩法相结合,提出了一种岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法。首先,通过引入变量的独立化变换和线性变换将功能函数转换为参考变量的函数,并结合多变量函数的单变量降维近似方法和参考变量计算节点与权系数的确定方法,建立了功能函数前四阶矩的高效点估计法。然后,将上述统计矩与立方正态变换假设相结合,提出了易于实现的岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法。最后,由数学算例验证了统计矩估计方法的效率和精度,并通过经典的岩土工程算例验证了建议的改进四阶矩方法具有高效率、高精度且操作简单等特点。     

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。     

基于隶属函数选取的岩土工程模糊可靠度分析

目前岩土工程中模糊可靠度计算时隶属函数的选取还没有一个统一标准,针对这种现状进行研究,选取了三种具有代表性的隶属函数,并将其分别应用于岩土工程中的两种典型结构:地下连续墙和挡土墙,通过模糊可靠度的计算以及比较分析,得出如何选取优化隶属函数的有益结论,对工程应用具有实际的指导意义。     

基于Copula函数的岩土结构物系统可靠度分析

研究了基于Copula函数的抗剪强度参数联合分布模型对岩土结构物系统可靠度的影响规律,揭示了抗剪强度参数间相关结构对岩土结构物系统可靠度影响的过程。介绍了不完备概率信息条件下基于Copula函数的抗剪强度参数联合分布模型构造方法,提出了Copula理论框架下岩土结构物系统失效概率计算的蒙特卡罗模拟方法,以典型岩土结构物如挡土墙和岩质边坡为例研究了Copula函数对系统可靠度的影响。结果表明:Copula函数为不完备概率信息条件下抗剪强度参数联合分布模型的构建提供了一种有效的工具。不完备概率信息条件下岩土结构物系统可靠度不唯一,不同Copula函数计算的系统失效概率差别非常大,这种差别在实际工程可靠度设计中应该引起重视。Copula函数对系统可靠度的影响分为两个机制不同的阶段,首先是参数间相关结构对系统中单一失效模式可靠度的影响,其次是每一个失效模式对系统可靠度的影响。     

GIS支持下岩土工程勘察设计一体化

通过分析我国岩土工程勘察设计的现状和GIS在岩土工程勘察设计中的应用现状，以及GIS与岩土工程勘察设计的关系，提出了基于GIS的岩土工程勘察设计一体化的设想，讨论了其结构体系和应用前景。     

泥石流汇流槽可靠度分析

汇流槽是泥石流治理工程中常用的工程措施之一。文章基于汇流槽的倾倒破坏、滑移破坏及地基破坏模式，通过对汇流槽设计影响强烈的岩土参数、几何特征、荷载因素等敏感因子的求解方法及分布特征分析，从汇流槽的抗倾稳定、抗滑稳定和基底应力要求三方面建立极限状态方程。对于每个极限状态方程，在泰勒级数对非线性极限状态方程线性化后，运用一次二阶矩的理论，先假定失效点P^＊，求解出相应的均值和方差。然后根据可靠的定义，得到相应的可靠度指标，通过迭代法求解真正失效点的可靠度指标βi。最后根据3个状态方程相互独立的假定，得出整个结构的可靠度指标β。该方法在平川泥石流防治工程中得到了成功的运用。这对于可靠度设计方法在泥石流防治工程中的运用进行了有益的探讨。     

基于Info-Gap的重力式挡土墙的鲁棒性分析

由于岩土力学参数的变异性及其数据信息获取的有限性,致使现有重力式挡土墙稳定性的不确定性分析方法难以反映其真实的安全性能和失效水平。拟在现有重力式挡土墙稳定性分析方法中引入Information-Gap (Info-Gap)理论,通过分析不确定参量允许不确定性程度的变化幅值及其度量方法,建立重力式挡土墙稳定性的不确定性分析的鲁棒可靠度评价模型;基于重力式挡土墙功能输出响应模型,利用区间组合法确定相应的鲁棒可靠度指标,进而建立了基于Info-Gap理论的重力式挡土墙鲁棒性设计方法。为了验证所提出的鲁棒性分析方法的有效性和重要性,结合某工程实例加以说明。在鲁棒性设计方法和可靠性设计方法的基础上对该设计进行了比较研究。该方法为因缺乏足够数据样本和信息量的工程问题的不确定性分析提供了新的途径。     

岩土工程中的设计地震动参数确定

与岩土工程相关的设计地震动参数的规定分散在各行业的工程设计规范之中,比较了主要技术规范中设计地震动参数规定之间的差别,讨论了在岩土工程的勘察与设计中确定地震动参数的方法和内容,分析和研究了确定设计地震动参数时不同规范之间需要协调的主要问题,指出了在目前岩土工程中的设计地震动参数确定方面的需要重点关注的参数选择的合理性,提出了具有地震工程专业基础（注册地震安评工程师）的注册土木工程师（岩土）确定具体设计地震动参数应更符合工程建设的实际需要的建议。     

再论岩土工程有限元方法的应用问题

岩土工程数值分析方法对于研究复杂的岩土介质与多变的施工措施是一种得力的方法,比传统的解析方法、室内试验方法、模拟试验方法、现场试验方法等具有无可替代的优越性。按岩土工程数值方法的历史发展、作用及发展方向,将其分为4个层次：作为一种高级计算器,直接为某个具体岩土工程的设计服务,对该岩土工程在各种极端设计工况下进行安全性、稳定性的计算分析;作为一种强大的、无与伦比的模拟分析器,对复杂工况条件下复杂岩土工程的各种不利因素的相互作用、相互影响、耦合效应等进行模拟分析;作为一种无成本、可重复的多功能试验机,探索具体岩土工程的稳定机制或某工程措施的加固机制;作为岩土工程数值方法的终极目标,对数值分析方法进行二次开发——研发智能化、快速化、简便化的新型数值分析工具。对这4个层次进行了讨论,并对每个层次进行举例说明。     

The need for judgement in geotechnical reliability studies

ABSTRACT

A core principle of geotechnical engineering practice is the need to exercise judgement in evaluating soil and site conditions and in performing analyses. The requirement for considering judgement applies equally to performing deterministic or probabilistic analyses. In addition, for probabilistic analyses, choices must be made among the possible methods of analysis and the method of characterising variables. Consequently, geotechnical reliability studies inevitably involve significant uncertainties, and judgement is needed to perform reliability analyses and to evaluate the results. Two case histories, briefly described here, show that judgement and experience are essential prerequisites for meaningful assessment of geotechnical reliability.     

Genetic algorithms in probabilistic finite element analysis of geotechnical problems

In application to numerical analysis of geotechnical problems, the limit-state surface is usually not known in any closed form. The probability of failure can be assessed via the so-called reliability index. A minimization problem can naturally be formed with an implicit equality constraint defined as the limit-state function and optimization methods can be used for such problems. In this paper, a genetic algorithm is proposed and incorporated into a displacement finite element method to find the Hasofer–Lind reliability index. The probabilistic finite element method is then used to analyse the reliability of classical geotechnical systems. The performance of the genetic algorithm (GA) is compared with simpler probability methods such as the first-order-second-moment Taylor series method. The comparison shows that the GA can produce the results fairly quickly and is applicable to evaluation of the failure performance of geotechnical problems involving a large number of decision variables.     

Distribution of the factor of safety,in geotechnical engineering,for independent piecewise linear capacity and demand density functions

In many geotechnical engineering cases, the factor of safety may be defined as the ratio of the capacity, of the geotechnical structure or its support elements, to the pertinent demand. By representing the capacity and the demand as independent piecewise linear random variables, an analytic solution is obtained for the probability density and cumulative distribution functions of the factor of safety. Thus, solutions for the calculation of the mean value, the standard deviation and the minimum and maximum values of the factor of safety, are provided. Application of the developed analytical solutions, to the probabilistic analysis of a published case of rock spalling in a deposition tunnel complex, follows. The methodology allows for the parametric evaluation of the effect of specific design variables to the distribution of the safety factor and to the probability of failure. The closed form solution may be programmed as a computer code that may run easily on a tablet or netbook or even on a smartphone. It proves useful for the probabilistic design of a variety of geotechnical applications, such as foundations, tunneling, mining, underground roof reinforcement, and earth retaining structures, and permits decisions to be taken in terms of risk and reliability.     

Reliability Analysis of Quick Sand Condition

First order reliability method (FORM) is generally used for reliability analysis in geotechnical engineering. This article adopts generalized regression neural network (GRNN) based FORM, Gaussian process regression (GPR) based FORM and multivariate adaptive regression spline (MARS) based FORM for reliability analysis of quick sand condition. GRNN is related to the radial basis function (RBF) network. GPR is developed based on probabilistic framework. MARS is a nonparametric regression technique. A comparative study has been carried out between the developed models. The performance of GPR based FORM and MARS based FORM match well with the FORM. This article gives the alternative methods for reliability analysis of quick sand condition.     

地铁工程勘察水域钻探油桶筏钻探平台的设计与安全保障措施

结合北京地铁6号线二期下穿北运河岩土工程勘察水域钻探实践,介绍了水域钻探油桶筏钻探平台的结构、特点和适用范围,论述了水域钻探油桶筏钻探平台的设计原理和搭建方案,并对水域钻探安全保障措施进行了总结。     

基于正交多项式逼近法的岩土参数概率分布推断

针对岩上参数样本容量较大的情况,基于数值分析中的逼近原理,直接根据试验样本值,运用勒让德正交多项式来拟合岩土参数的概率密度函数,并用K-S检验法从理论上证明所求的密度函数的正确性和实用性。     

Three-dimensional topology optimization for geotechnical foundations in granular soil

This article presents three-dimensional structural optimization in geotechnical engineering for foundations in granular soil. The general design (topology) of a shallow foundation is optimized with respect to its deformational behaviour within the service limit state. The SIMP (solid isotropic material with penalization) method is applied to optimize the distribution of foundation material. The soil is modelled as a hypoplastic material with a constitutive model suitable for optimization using finite element analysis. Two load cases are examined. The optimized topology is validated against two-dimensional optimization and 1g-model test results. The present study proves the applicability and shows the potential of topology optimization in geotechnical engineering.     

Engineering-geological model of the Segura River flood plain (SE Spain): a case study for engineering planning

This article presents a sedimentological and geotechnical study of the surficial sediments in the Segura River valley (SE Spain). We formulate an engineering-geological model consisting of four zones, each characterized by its geotechnical properties and by various geotechnical problems (namely low bearing capacity, significant ground settlement and liquefaction of sandy sediments). The model quantifies the geotechnical properties and potential problems in each zone. It serves as a useful tool for preliminary geotechnical investigations. The model also enables a better design of field surveys as well as optimal selection of geotechnical investigation techniques for future civil engineering works.     

相关型岩土参数分析和选用

岩土参数与应力环境、沉积条件、风化程度和埋藏条件等因素相关,其统计值具有空间变异性和相关性,采用非相关型岩土统计参数进行岩土工程设计具有不经济性。通过分析岩土参数的变化规律及与其相关的主要因素,说明岩土参数可用深度或参数与地层顶面或底面的距离作为相关参数进行相关型判别,论述相关型参数的判定标准和相关型标准值的计算方法,采用图解法分析相关型参数多种取值方法的可靠性。以华南某核电厂常规岛地基和某变电站边坡为例,介绍了相关型岩土参数标准值经验公式在岩土设计优化中的应用。分析表明：具有规律性变化的岩土参数宜选择恰当的相关参数划分为相关型,相关参数可取参数与地层顶面或底面的距离,相关型岩土参数标准值可使岩土设计方案更具合理性和经济性。