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.     

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.     

正常固结黏土边坡可靠度随机有限元分析

基于概率和统计理论,对适用于正常固结黏土边坡的不排水强度随机场进行模拟,得到不排水强度均值从0开始随深度线性增长的非平稳随机场模型.基于生成的非平稳随机场模型,建立考虑参数空间变异特性的正常固结黏土边坡随机有限元分析方法,从而揭示不排水强度参数空间变异特性对正常固结黏土边坡可靠度及破坏机制的影响规律.通过对比分析发现:边坡的安全系数较小时,若采用正态分布假设不排水强度,则会低估边坡的失效概率,得到非保守的结果;此时,存在一个最危险相关距离,边坡的失效概率最大.当边坡不排水强度变异系数较大时,结合随机有限元分析得到破坏机制比确定性分析得到的最深滑动面更深.     

边坡稳定可靠度分析方法的探讨

在边坡稳定的可靠度分析中,导数的求解及可靠度分析方法的选择是十分重要的。笔者分析指出：可以用简单的差分法来求解导数;对于边坡稳定性分析中常用的瑞典条分法及Bishop法,当基本变量C、ψ属于正态分布时,极限状态函数也属于正态分布,因此可用中心点法（MFOSM）求解可靠指标及失效概率,它既简单又具有足够的精度。     

抗剪强度参数不确定性对库水及降雨作用下边坡可靠度的影响研究

目前在库水及降雨作用下的边坡可靠度分析中,大多假定抗剪强度参数(c、φ)的变异系数大小和概率分布形式为确定的.针对这一研究现状,以三峡库区白家包滑坡为例,借助有限元软件Geo studio分析了库水位骤降联合降雨入渗的不同工况下边坡的渗流稳定性.在此基础上,利用Monte-carlo法进行了考虑c、φ不确定性的边坡可靠度分析.结果表明:在确定性分析中,随着库水位骤降和降雨入渗,边坡的孔压逐渐减小,边坡的安全系数先减小后增大且值始终大于1;而在可靠度分析中,边坡的瞬态失效概率最高达到了55%,同时c、φ的变异系数越大,失效概率越大,可靠度指标越小;当考虑正态分布和对数正态分布两种概率分布形式时,c、φ的变异系数对边坡可靠度的影响大于c、φ的概率分布形式的影响,φ的不确定性对边坡可靠度的影响大于c的不确定性的影响.将确定性分析与考虑了c、φ不确定性的可靠度分析结合起来对边坡稳定性状况进行评价是十分有必要的.     

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.     

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。     

混合核函数的性质及其在混合灵敏度分析上的应用

为了度量不同的分布参数对结构输出性能统计特征的影响,定义了失效概率及功能函数统计矩对输入变量分布参数的混合灵敏度.并针对混合灵敏度,相应地定义了一种新的混合核函数.推导了一般两分布参数情况下混合核函数的表达式,并讨论了其通用的性质.利用这些混合核函数的性质,解析地求得了正态变量情况下二次不含交叉项功能函数失效概率混合灵敏度的解析解.算例中数值仿真算法与解析结果的对比验证了基于混合核函数的失效概率混合灵敏度近似解析表达式具有较高的精度.     

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。     

非饱和土边坡抗剪强度的力学参数影响及灵敏度分析

运用非饱和土的双应力变量理论,采用强度折减法详细分析土体各参数对边坡安全系数的影响,并通过灵敏度分析各参数对安全系数的影响.工程算例结果表明:各参数的变化对边坡安全系数的影响基本呈线性规律,其中土体含水率对安全系数影响线最显著;含水率、黏聚力和内摩擦角是非饱和土边坡稳定性分析的重要物理力学参数,为降雨条件下非饱和土边坡加固设计参数选取提供了依据.     

土与强风化岩双元边坡圆弧-平面破坏模式与支护设计方法

为了探究土与强风化岩边坡中强风化岩不破坏的临界坡率及稳定性判断方法,基于济南地层,得出适用于数值模拟的土层参数,并利用强度折减法求出边坡的临界坡率,为施工提供参考。针对强风化岩不破坏的边坡,运用改进的瑞典条分法求出边坡安全系数解析解,并利用滑移线场法求出滑移线,为安全系数解析解的应用提供依据。结果表明,岩层厚度超过边坡高度1/2或坡率大于1:0.5时,强风化岩一定破坏;解析解得出的安全系数偏小,有利于工程安全;针对土与强风化岩边坡,文中结果可确定边坡破坏区域,设计支护方案。     

土坡稳定性的几何参数回归分析

土坡的稳定性受土坡几何参数的影响,通过Fellenius法、Bishop法、Janbu法以及Morgenstern-Price法计算出土坡模型的相应安全系数,并进行回归分析,得到边坡稳定性与几何参数相关的回归方程。     

地震荷载作用下加筋高边坡的稳定性分析

为了更加准确地分析加筋高边坡在地震荷载作用下的稳定性,采用拟静力法结合有限元软件和强度折减法分析了加筋高边坡在不同地震荷载作用下的安全系数,经过分析,发现水平地震荷载对边坡的稳定性影响更大,水平向外的地震加速度最大只能加到0.154 g,竖直向下的加速度最大可以加到0.318 g。通过对最不利情况下地震加速度的计算分析,绘制了加筋高边坡在地震荷载作用下安全系数的空间曲面图。并且定义了安全系数的影响因子η,计算了各个方向上地震加速度对安全系数的影响,从而确定出最危险的地震加速度方向为水平方向,为加筋高边坡的抗震设计提供了参考。     

储煤仓高边坡加筋土数值模拟

针对黄土区储煤仓高边坡回填土稳定性较差的情况,利用非限性有限元法建立加筋边坡稳定性计算模型,分析高边坡加筋土土体强度、坡背面板及筋带空间位置与安全系数的关系。结果表明,对高边坡回填土进行加筋带加固显著增大了边坡的承载能力和安全系数;土体强度(土体摩擦角和黏聚力)增加,边坡稳定性明显增大;加筋层数增加边坡的稳定性增大,但存在适当范围;坡背面板的加入增加了边坡的稳定性,但工程造价也随之增加。该研究为高边坡加筋土的有效利用提供了参考。     

降雨作用下南水北调膨胀土渠道稳定性及影响因素

南水北调中线工程膨胀土渠道超过全长的四分之一,降雨是诱发膨胀土渠坡失稳的主要外因.对比分析了考虑非饱和渗流对边坡稳定性的影响,基于有限元方法计算降雨作用下渠道的饱和-非饱和渗流场,分析其边坡的安全系数和位移的变化规律,最后通过正交试验和灰色关联理论对渠道边坡稳定性的影响因素进行敏感性分析.研究结果表明:考虑非饱和渗流下边坡稳定性分析结果更切合工程实际;降雨过程中,边坡浅层一定深度内土体的孔隙水压力迅速增大,这一土体范围随着降雨强度增大和时长增加逐渐向深部扩展;降雨对堤顶向下0～2.5 m范围和一级马道向下0～5 m范围内土体含水率的影响较大,降雨强度的影响大于降雨时长;降雨导致土体吸水膨胀,位移出现轻微的回弹;渠坡的安全系数随着降雨持续逐渐减小,并且降雨强度越大,降幅越大;影响边坡稳定性因素的敏感性排序:黏聚力＞内摩擦角＞饱和渗透系数＞降雨强度＞降雨时长＞土体重度.研究结果可为南水北调工程加强渠道稳定性提供依据.     

冻融循环作用对土质边坡稳定性的影响

为研究冻融循环作用对土质边坡稳定性的影响,利用强度折减法,通过大型有限元软件ABAQUS计算获得边坡的稳定安全系数,与简化Bishop法获得的理论安全系数进行比较,并以特征部位位移发生突变作为破坏判据,研究了坡度和冻融循环次数对边坡稳定性的影响。结果表明:采用有限元中边坡整体失稳的三种判据得到的安全系数相差不大,且与简化Bishop法得到的理论解误差很小;当坡度一定时,边坡的安全系数随冻融循环次数增加逐渐降低,并最终趋于稳定;当冻融循环次数一定时,边坡安全系数随坡角的减小而增大,即边坡越平缓,安全系数越大,边坡稳定性越好,可为边坡稳定性影响因素的探究提供参考。     

基于FLAC3D强度折减法的边坡稳定性研究

目的针对影响边坡稳定的几个关键因素:粘聚力、坡角、内摩擦角和土体密度,分析各种影响因素对边坡稳定性的影响程度。方法利用FLAC3D数值计算方法,模拟计算出特定结构中各因素变化时的安全系数,并分析了各个影响因素对安全系数的影响程度。结果计算结果表明,对于边坡坡角变化范围较小的情况下,在粘聚力、坡角、内摩擦角、土体密度4个主要影响因素中,粘聚力对边坡安全系数影响最大,土体密度影响最小。结论说明黏聚力对边坡稳定性的影响最大。     

地震和降雨条件下黄土高填方边坡稳定性分析

针对地震和降雨会影响黄土高填方边坡稳定性的问题,采用地震动力计算、完全流固耦合计算和强度折减计算,对正在使用的黄土高填方边坡进行分析,并对边坡土体位移时程、加速度功率频谱、吸力、有效应力和最小安全性系数进行分析,研究地震和降雨入渗条件对正在使用的黄土高填方边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用对黄土高填方边坡表层土体作用大于填方基底土体作用;降雨入渗对边坡土体的影响范围为表层土体和浅层土体;降雨入渗使得边坡表层土体的吸力和有效应力减小,而使浅层土体局部吸力增大;降雨过程中边坡表层土体有效应力减小,浅层土体有效应力先增加后逐渐减小;地震后降雨入渗引起边坡最危险滑移面区域发生改变,降雨速率和降雨持续时间均对最小安全性系数有影响,降雨结束后边坡最小安全性系数降低.该研究为三维条件下地震和降雨入渗对正在使用的黄土高填方边坡稳定性研究提供参考.     

基于M-C等面积圆屈服准则的岩土混合边坡稳定分析

针对有限元软件基于外角外接圆D-P准则计算边坡稳定安全系数偏大的问题,采用M-C等面积圆屈服准则进行改进,推导了二者计算安全系数的关系.基于M-C等面积圆屈服准则计算岩土混合边坡,计算前对输入的土质和岩质的黏聚力及内摩擦角进行转换,结果表明,计算安全系数与Morgenstern-Price法得到的结果较为接近,并且塑性区与滑动面形状近似,表明了M-C等面积圆屈服准则在分析岩土混合边坡稳定问题是可行的.分析发现,岩土混合边坡安全系数随土质黏聚力和内摩擦角正切值的减少而减少,并且塑性区形状保持不变.     

浅层压力注浆法加固风化岩质边坡及加固效果分析

阐述了采用浅层压力注浆法加固强风化岩质边坡和岩堆的成功工程实例，借助弹塑性有限元分析方法，研究了岩质边坡实施浅层压力注浆后，边坡中的位移场变化、边坡的安全系数、岩土体强度参数的增长程度以及压力注浆法取得显著加固效果的原因．分析结果表明，经注浆加固后边坡表层岩土体的力学性质得到了明显改善，同时改变了边坡失稳时潜在滑动面的位置，提高了边坡稳定安全系数；经注浆加固后岩土体的强度指标明显增长．