成层土边坡可靠度计算算法研究

考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析大多基于单一的"均质"土体,而实际中边坡土体呈现明显的层状分布特征,目前在考虑土体参数空间变异性的成层土边坡的可靠度研究方面远远不够。本文基于ABAQUS软件和Python语言,编写了成层土边坡可靠度计算的算法。该算法可以实现非侵入式随机有限元分析,用户输入土体的空间变异性参数后,程序即可自动计算出边坡的可靠度指标。通过算例对开发的成层土边坡可靠度计算算法进行了验证,并研究了模拟次数、土体参数变异系数等对于边坡可靠度指标计算结果的影响。结果表明:开发的算法可以高效精确地计算出成层土边坡的可靠度,模拟次数达到1000次时,得到的可靠度指标已基本稳定。边坡的失效概率随土体参数变异系数的增加而增加,当忽略土体的分层特性时,将得到较小的失效概率,使得设计的边坡更加危险。     

考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析

在考虑土体参数空间变异性基础上,提出了基于多重随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法,同时建议了一种新的代表性滑动面搜索方法.采用Karhunen-Loève展开方法离散二维相关非高斯随机场,通过Hermite随机多项式展开近似代表性滑动面安全系数与土体参数间的非线性隐式函数关系,在此基础上采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率.研究了所提方法在考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析中的应用.结果表明,提出的基于多重随机响应面法的系统可靠度分析方法为考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径.提出的代表性滑动面确定方法具有较高的计算精度和效率,无需单独计算滑动面安全系数间的相关性,而且能够有效地计算低概率水平的边坡系统可靠度.边坡系统失效概率随着抗剪强度参数变异性和垂直相关距离的增大而增加、随着抗剪强度参数间负相关性的增加而减小.此外,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡系统失效概率.     

相关变量下边坡稳定可靠度的蒙特卡罗模拟

岩土工程中基本变量大多数都为互相关,通常土性参数c、之间存在负相关性,因此在计算边坡稳定失效概率时要考虑其相关性。Monte-Carlo模拟法是求解失效概率和可靠度指标较为精确的方法。本文提出了用直接抽样法求解相关空间中失效概率和可靠度指标的计算机模拟方法,编制了相应的程序。通过实例计算对比,验证了本文所提方法的正确性。     

基于LHS抽样的边坡可靠度有限元分析

基于拉丁超立方(LHS)抽样在有限元软件ABAQUS中开发了边坡可靠度自动计算的算法,通过交互输入可靠度计算的参数,即可简单方便地计算出边坡的可靠度。再通过算例,对边坡可靠度的计算算法进行了检验,研究了输入参数对于边坡可靠度的影响。结果表明:开发的边坡可靠度自动计算算法是可靠的,可以高效准确地计算出边坡的可靠度。模拟次数、土体参数变异性和粘聚力、内摩擦角的相关性对于可靠度的计算均有明显的影响。当模拟次数达到千次以上时,可靠度计算较为准确。可靠度指标与土体参数变异系数呈负相关,并对内摩擦角变化更加敏感粘聚力、内摩擦角的负相关性越强,边坡的可靠度越高。     

考虑参数空间变异性的边坡模糊随机可靠度分析

提出考虑土性参数空间变异性的边坡模糊随机可靠度分析方法.按HassanWolff方法对土性参数进行组合,通过确定性分析得到一系列潜在滑面;利用随机场模型描述土性参数的空间变异性,沿各潜在滑面对土性参数进行方差折减;采用降半正态分布函数描述边坡失效状态的模糊性,基于概率积分计算各潜在滑面对应的的可靠度;搜索最小可靠度对应的潜在滑面作为边坡的临界滑面,以最小可靠度作为边坡的可靠度.结合算例分析了隶属函数的形状参数、土性参数相关距离及黏聚力和内摩擦角的变异性对边坡可靠度的影响.     

重力式挡土墙鲁棒性设计

在现有结构可靠度设计理论的基础上提出了基于多目标优化方法和基于结构失效概率置信水平的2种岩土工程鲁棒性设计方法,考虑了岩土力学参数统计特征不确定性对结构失效概率的影响.结合某重力式挡土墙倾覆与滑移2种失效模式,分别运用可靠度设计方法与鲁棒性设计方法进行了挡土墙基本几何尺寸的设计.最后通过对2种设计方法的对比分析验证了岩土工程鲁棒性设计的合理性与重要性.     

考虑水力模型参数空间变异性土石坝边坡可靠度分析

土石坝边坡可靠度分析中大多只考虑了坝体材料抗剪强度参数的空间变异性,忽略了非饱和水力模型参数空间变异性的影响.本文发展了土石坝边坡可靠度非侵入式随机分析方法,探讨了水力模型参数空间变异性对土石坝边坡可靠度的影响规律,解释了土石坝边坡失效概率随水力模型参数n的变异系数增大而减小的原因.结果表明:非侵入式随机分析方法计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法.参数敏感性分析表明土石坝边坡失效概率与坝体材料黏聚力、内摩擦角及饱和渗透系数的变异系数之间呈正相关关系,其中黏聚力变异性的影响最大,饱和渗透系数变异性的影响最小.此外,a的变异性对边坡失效概率基本没有影响,相反边坡失效概率随着n的变异系数增大而越小,这是因为当n的变异系数取值越大模拟得到的n值越接近于下限值(1.05),进而导致土石坝渗透系数越小,通过坝体的渗流量越小,从而土石坝边坡更安全.     

重力式挡土墙稳定性可靠度计算及其系统分析

通过建立计算分析模型,采用"一次二阶矩中心"法,计算了重力式挡土墙倾覆和滑移两种失稳模式的可靠度指标,并将计算结果与"安全系数"法的验算结果进行了对比,得出重力式挡土墙结构在满足"安全系数"法验算条件下,仍存在一定的失效概率。此外,基于系统分析法得出,滑移稳定性失效的概率近似于整个系统稳定性失效的概率,建议在设计验算中注重考虑重力式挡土墙的滑移稳定性。     

基于临界滑移场技术的排土场边坡稳定性分析

应用临界滑移场技术,对排土场边坡进行临界滑动面搜寻.结果证明其边坡滑动面并非圆弧滑面;再应用临界滑移场技术的扩展方法进行反向搜寻,不仅可以得到排土场边坡的安全系数,还能求得边坡的最佳设计坡角.     

基于一阶二次矩阵的寒区土质高切坡稳定可靠度分析

以寒区土质高切坡为研究对象,构建了寒区土质高切坡浅层滑动失稳模型,基于极限平衡原理和可靠性原理,建立了寒区土质高切坡的可靠指标和失稳概率计算方法。以G580线和田至康西瓦公路段K86+780～K86+840土质高切坡为例进行了寒区土质高切坡可靠度计算,并分析了各种因素对寒区土质高切坡失稳概率的影响规律。结果表明,该方法建立的可靠指标与失稳概率计算方法可以用于寒区土质高切坡稳定性分析,并且当融化深度大于1.4 m时高切坡失效概率迅速升高,1.4～2.1 m失效概率增长74.4 %,当融化深度大于2.1 m时坡体处于不稳定的状态;当土质高切坡粘聚力从8 kPa增长到14 kPa的时候,失稳概率降低约88.4 %,稳定系数增长0.45;当土质高切坡内摩擦角从15 °增长到23 °时,失稳概率降低约15 %,稳定系数增加约0.07;当土质高切坡坡率由0.5增加到0.8时,边坡失稳概率由26.5 %增长到61.4 1%,坡率到0.8时为峰值,大于0.8之后失稳概率逐渐减小,到1.5时失稳概率降低至25.2 %,降低约36.21 %。     

边坡稳定可靠度分析的新型四阶矩法

提出了一种边坡稳定可靠度分析的新型四阶矩计算方法.该方法将均匀设计法、径向基神经网络技术和最大熵原理相结合对边坡进行可靠性分析.采用均匀设计法确定粘聚力和内摩擦角的网络训练样本空间,并采用基于有限元的强度折减法计算样本空间中样本所对应的边坡安全系数.利用这些样本及对应的安全系数训练径向基神经网络.利用训练好的神经网络获得满足统计数量要求的边坡安全系数,并计算边坡安全系数前四阶矩.利用最大熵原理得到边坡安全系数的概率密度函数近似表达式、边坡失效概率以及相应的可靠指标.该方法的计算结果与蒙特卡罗法的计算结果对比表明该方法具有较高的精度.     

含胶结物砂质边坡稳定性的新分析方法

砂质边坡失稳问题在沿海建设过程中经常发生,常规的土坡稳定性分析方法在合理确定砂质边坡坡顶裂隙的水平位置和破坏时边坡破坏倾角存在明显不足.对于含弱胶结物的砂质边坡(无侧限抗压强度qu<30 kPa),假定破坏面平行于边坡坡面,建立极限平衡方程;对于含中等胶结物的砂质边坡(无侧限抗压强度30 kPa相似文献   

露天矿边坡角的优化设计

提出了基于离散元法和神经网络的集成优化设计方法，离散元能充分考虑边坡岩体结构的不连续性，处理边坡的大变形情况，神经网络是从中获取经验知识，并用之解决问题的智能系统，该方法从两条途径，不同的角度，不同的侧面来设计边坡角，并进行优化，增强了设计的可行性。     

红层软岩高边坡的时效变形特性

为了研究边坡工程的长期稳定性,有鉴于红层地区的工程建设日益增多,受红层特殊工程地质特性的影响,红层软岩边坡在其整个寿命期内是一个逐渐“衰老”的过程,开挖边坡在运营5～10年以后常出现各种严重地质病害和安全风险,而在前期边坡稳定性评价中往往都采用传统的极限平衡法计算,但其无法根据红层特性预判边坡的长期稳定性和时效变形特征,无法指导工程设计制定出既经济又安全可靠的针对性预加固措施,因此为日后的长期安全运营留下了较大隐患。以西南红层山区某快速通道项目隧道改路基的深挖路堑100m级高边坡工程为例,通过FLAC3D建立了包含特殊节理裂隙单元的复杂数值模型,计算获得了边坡潜在变形范围、潜在滑面位置、深度等,对比分析了边坡刚开挖完成时、未加支护工程蠕变20年和增加支护工程蠕变20年后这三种工况下的长期稳定状态、位移及应力变化等时效变形特性,计算结果表明：红层地区高边坡在长期服役环境下会发生蠕变、应力松弛、软化破坏等复杂变形行为,其普遍存在于实际工程中,后期针对性的支护方案应高度重视红层软岩高边坡的时效变形问题。本文的计算结果成功应用于最终工程设计中,填补了传统计算方法难以分析解决此类问题的空白,以期为今后红层地区这类高达100m量级的软岩高边坡开挖后的时效变形特性研究和加固设计提供一定的参考和借鉴作用。     

一种自由搜索边坡最危险滑动面的新方法

以边坡稳定性计算的Janbu条分法为基础，提出一种改进的遗传算法（MIGA），在无需对边坡滑动面形状进行假设的前提下能自由搜索最危险滑动面并计算其安全系数。MIGA法模拟了生物进化的过程，克服了传统方法容易陷入局部极小值的缺点，是一种全局优化算法，且具有比简单遗传算法（SGA）更高的搜索效率。在工程实例中，通过与其他方法进行对比分析，用MIGA法计算得到的安全系数最小，且搜索到的最危险滑动面最接近实际情况，证明了该方法的优越性。     

露天矿山高陡边坡变形破坏的工程地质模型

我国的大多数大中型露天矿山已经或即将进入深部开采.随着边坡的加高加陡,露天边坡稳定性维护的难度和采场破坏的概率越来越大.由于矿体赋存条件的制约性,矿山边坡的变形破坏模式与地质构造特征、岩体结构特征的关系极为密切.本文通过系统地现场工程地质调查和实验研究,基本掌握了水厂铁矿的地质构造特征与工程地质条件.边坡变形破坏机理和主要破坏模式,建立了水厂铁矿高陡边坡地质模型,为采用极限平衡分析和数值模拟相结合的方法进行边坡稳定性分析和设计提供依据.     

考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解

隧道洞口段仰坡稳定性分析是隧道工程设计的关键内容之一。考虑土体强度非均质及各向异性影响,结合极限分析上限理论及土体强度折减理论,推导出的仰坡稳定性极限分析上限解计算公式,对比验证了所提计算方法的合理性,探究了地震力作用下非均质及各向异性系数对隧道洞口仰坡临界坡高、隧道拱顶破坏位置及仰坡安全系数的影响规律。研究表明,地震力作用下,土体强度非均质系数越大、各向异性系数越小,隧道洞口仰坡稳定所需临界坡高越大;非均质及各向异性系数系数越大,仰坡初始滑移面越远离坡肩位置,隧道拱顶破坏范围更广;随着各向异性系数增大,仰坡安全系数呈递增规律,而非均质系数增大将导致仰坡安全系数降低,仰坡整体趋于不安全。研究成果为山区隧道洞口仰坡稳定性设计提供了理论依据。     

顺层岩质边坡变形破坏特征及稳定性数值模拟

针对顺层岩质边坡岩层结构面倾角θ和边坡角α两个参数,采用离散单元法研究了不同工况下总计270个边坡模型的变形破坏特征,统计得到不同变形破坏模式对应的岩层结构面倾角θ与边坡角α的范围,并基于强度折减法研究了两个参数与边坡稳定性的关系,揭示了顺层岩质边坡变形破坏机制及稳定性特征. 研究结果表明:依据边坡变形破坏特征,提出了四种顺层岩质边坡变形破坏模式,即坡脚沿岩层结构面的滑移-剪切破坏,坡顶沿岩层结构面的滑动-剪切破坏,岩层下缘弯曲-剪切破坏,以及岩层上缘翻折-拉裂破坏. 在此基础上,分析并归纳了这四种模式的产状、变形特征以及可能的破坏模式等一般规律. 边坡安全系数fs随结构面倾角θ的增大先减小后增大,在减小过程中达到最小值后迅速上升,然后变缓回落.边坡安全系数fs随结构面倾角θ变化过程中,当θ约等于α-7. 3°时,fs取得最小值,此时对应的边坡稳定性最差.     

考虑参数空间变异性的不排水边坡可靠度分析

采用验算点法和随机有限元法对不排水边坡进行可靠度分析,研究边坡坡度、安全系数和强度参数相关性对边坡可靠度的影响.数值分析结果表明,由于随机有限元法恰当地考虑了土性参数的空间变异性,因而当土体抗剪强度参数变异系数超过临界值时,边坡失效概率计算结果更为合理.     

基于广义各向异性强度模型的层理边坡稳定性分析

以穆利亚希露天矿为工程背景,根据现场节理及结构面测绘结果,在广义各向异性强度模型的基础上建立了边坡极限平衡分析模型。分析过程中,使用圆弧和折线两种方式搜索边坡潜在滑动面,采用简化Bishop等多种方法求解边坡安全系数来评价边坡稳定性。在此基础上,考虑节理岩体强度参数的不确定性和变异性,进一步采用概率分析方法从破坏概率角度评价了边坡的稳定性状态。选取安全系数判定值为1.0时,圆弧和折线下边坡破坏概率分别为30.4%和60.7%,边坡破坏概率较大。最后通过对比分析可知,在评价层理面控制的边坡稳定性时,采用各向异性强度模型计算得到的边坡安全系数更加合理、可靠。