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.     

基于有限元强度折减法的多层边坡非侵入式可靠度分析

非侵入式的可靠度分析方法具有可以充分利用通用商业有限元软件、便于在实际工程中应用的特点,日益受到工程师们的青睐.本文提出了基于有限元强度折减法的边坡非侵入式可靠度分析方法,并研究了该方法在多层土质边坡可靠度分析中的应用.该方法可以考虑土体参数的空间变异性,基于通用有限元软件求解安全系数,借用随机响应面法实现高效的可靠度分析.结果表明,基于有限元强度折减法的非侵入式边坡可靠度分析方法不仅能够有效地考虑土体参数空间变异性对边坡可靠度的影响,而且能够自动搜索到非圆弧形最危险滑面,所提方法为解决考虑空间变异性的多层土质边坡可靠度问题提供了一条有效的分析途径.提出的改进概率配点法能够有效地提高奇数阶随机响应面的计算精度.采用圆弧形滑面可能会明显高估边坡可靠度水平,因此,十分有必要采用无需事先假定滑面形状的有限元法进行边坡稳定性分析.此外,Sobol指标能够有效地反映随机变量的敏感性,为边坡设计方案优化提供参考依据.     

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.     

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.     

粘土边坡可靠性分析方法研究

把边坡定值分析法与可靠性分析法相结合，考虑土性参数的变异性和不确定性。在有限土性参数数据可供利用的条件下，由土性参数分布的3σ法则原理以及土性参数变异系数的公开报道值，取得可靠性分析数据，对粘土边坡稳定性和可靠性作了较为深入的研究评价，并探讨了土性参数的变异性、安全系数变异性和可靠性指标三者之间的内在联系以及粘土边坡稳定敏感性因素及其可靠度的一些规律。     

考虑抗剪强度参数空间变异性的边坡稳定性分析

提出基于商业软件ABAQUS的边坡稳定分析的随机有限元法。采用Karhunen-Loeve级数展开方法建立土体抗剪强度参数的随机场模型,在强度折减有限元法的基础上模拟边坡失稳过程,并采用塑性屈服区贯通以及计算不收敛判据作为边坡失稳判据,利用python脚本文件分析最危险滑面分布规律。运用该方法研究土体内摩擦角和黏聚力的空间变异性对边坡稳定性的影响。研究结果表明:所提的边坡稳定分析的随机有限元法操作简单易于实现,能够从安全系数以及最危险滑面2个方面分析土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡稳定性的影响;内摩擦角随机场中相关长度的改变对边坡的稳定性影响不明显;而黏聚力的空间变异性对边坡稳定性影响则相对更大,黏聚力随机场中水平与竖直相关长度的比值不同,边坡稳定性的变化规律不同。此外,内摩擦角与黏聚力的相关系数越大,失效概率越高,最危险滑面分布越广。     

考虑土性参数空间变异性的地基承载力可靠性分析

根据Vanmarcke提出的随机场理论描述土性参数的空间变异性,并通过实例采用改进的Monte-carlo方法计算地基承载力可靠性指标,在该过程中考虑土性参数的空间变异性以及土性参数间的互相关性,将计算结果与直接Monte-carlo法及JC法进行了比较,得出了一些有价值的结论.     

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。     

基于节理几何参数不确定性的边坡可靠度分析

基于岩质边坡可靠性受节理面的控制,节理面的随机分布导致边坡可靠系统具有高度不确定性,提出考虑节理几何参数不确定性的边坡可靠度分析方法。以厦蓉(厦门—成都)线高速公路某路堑边坡为例,通过概率图法和数理统计理论,对节理几何参数的概率分布类型进行研究,分析其不确定性,确定节理几何参数的概率密度和统计参数;考虑边坡双滑面破坏模式Sarma法分析安全系数的隐式函数式,根据响应面法重构安全系数近似显式解析表达式,建立以节理几何参数为随机变量的边坡可靠性分析模型,构建极限状态功能函数;以节理倾向、倾角和间距为随机变量,采用蒙特卡罗法产生符合随机变量分布类型的随机数,进行边坡可靠度分析。研究结果表明:所提出的分析模型和方法可反映构造控制的岩质边坡可靠性,为岩质边坡的可靠度分析和支护设计提供理论依据。     

考虑强度参数时间和深度效应边坡稳定性分析

针对风化软岩及残积土边坡抗剪强度参数值通常具有深度和时间上的变异性的特点,提出了考虑抗剪强度参数深度和时间效应的风化软岩及风化残积土边坡稳定性分析极限平衡条分法;基于蒙特卡罗抽样思想,提出了一种能同时搜索边坡最危险圆弧滑面及相应最小安全系数的随机搜索算法.最后通过算例对比分析了考虑力学强度参数深度和时间效应前后的边坡临界滑面位置及最小安全系数的变化,分析结果表明:力学强度参数的深度和时间效应对边坡稳定性的影响不容忽视.     

多语言编程在边坡有限元可靠度分析中的应用研究

文章采用多语言联合编程的方法进行边坡稳定的有限元可靠度分析.前处理部分采用的是有限元通用分析软件ANSYS的APDL语言,用其编写的程序模块可方便地用于有限元网格的划分,以得到有限元计算所需的结点坐标信息、单元结点编号信息、约束结点自由度信息等内容;有限元主程序采用的是VISUAL FORTRAN语言,它可进行基于强度折减法及基于滑面应力分析法的边坡稳定定值法有限元计算,以求解边坡的安全系数及其对应的滑面位置;亦可进行基于强度折减法及基于滑面应力分析法的边坡稳定有限元可靠度计算,以求解边坡的可靠指标及其对应的滑面位置;后处理部分采用的是MATLAB语言,它可方便灵活地绘制网格图、等值线图、滑面位置图及曲线图等各种图形.各种语言之间通过文本文件进行数据的传递,不必另外编写各语言间的接口程序.     

黏性土坡稳定的安全系数和可靠度

将边坡定值分析方法同可靠性分析方法相结合 ,利用定值分析方法的简便 ,也能考虑土性参数的变异性和不确定性 .利用此法在可资利用的土性参数数据有限的条件下 ,借助于概率统计理论 ,并利用土性参数分布的 3σ法则原理以及土性参数变异系数的公开报道值 ,取得可靠性分析的数据 ,同样能对土坡稳定性和安全可靠性进行有价值的多侧面评价 .基于简单黏性土坡模型 ,应用该算法的计算分析结果证明 :在定值分析基础上进行可靠性分析 ,理论上正确 ,实践上简便易用 .同时 ,着重对黏性土坡稳定敏感性因素及其可靠度的一些规律作了较为深入的研究 .图 4,参 8.     

土体参数随机场模型下边坡稳定可靠性分析

土体参数具有明显的离散性,把土体参数作为独立或相关的随机变量模型进行可靠性研究有一定的局限性．将土性参数视为随机场模型,考虑参数自相关性,根据实测静力触探资料拟合了相关函数,求解了某边坡土体的相关距离,将点方差转化为空间均值方差,按JC法计算了某边坡稳定可靠度指标．结果表明,将按随机场模型计算的可靠度指标要大于按独立或相关随机变量计算的结果,土体客观上存在自相关性,因此按随机场模型计算的可靠度指标更符合实际情况．     

降雨入渗条件下非饱和土质边坡的稳定性分析

文章基于饱和、非饱和渗流理论及强度折减法,分析了降雨入渗条件下非饱和土质边坡的稳定性,研究了4种降雨模式对边坡中饱和度、吸力、边坡安全系数及潜在滑动面位置的影响,定义了吸力降低深度,分析了吸力降低深度与边坡安全系数及滑动面位置的关系。算例分析表明:降雨量相同时,降雨模式对边坡安全系数及潜在滑动面位置的影响与土体的饱和渗透系数有关;当饱和渗透系数较大时,各种降雨模式的影响无明显区别;当饱和渗透系数较小时,长时间小强度降雨更易导致边坡的失稳;考虑参数的变异性时,力学参数变异性对边坡安全系数及滑面位置的影响较大;水力参数中,土水特征曲线拟合参数a及n的变异性的影响较大。     

边坡临界滑动面与临界可靠度滑动面对比分析

针对2个典型均质土坡,采用不平衡推力法计算滑动面的安全系数,从而构建了边坡可靠度分析的功能函数,随机产生一系列潜在可行滑动面;假定了不同的强度变异参数,分别利用蒙特卡罗法计算其可靠度指标,并与其确定性分析的安全系数进行了对比.研究结果表明：当滑动面的安全系数与其可靠度指标存在显著的单调对应关系时,临界滑动面与临界可靠度滑动面基本重合;而当两者之间不存在显著的单调对应关系时,临界滑动面与临界可靠度滑动面存在显著区别,对于均质土坡,两者的可靠度指标相差10%左右,而对于两层土坡而言,二者的可靠度指标相差高达70%.     

基于Monte Carlo法的垃圾填埋场平移破坏可靠度分析

垃圾土力学特性指标在空间和时间上都存在很大的变异性。垃圾土力学特性指标主要用于填埋场边坡稳定分析中。首先,基于极限平衡原理的双楔体法获得可靠度分析的状态函数;然后,运用Monte Carlo法分析了垃圾土力学特性指标变异性对填埋场边坡稳定的影响。通过研究发现,随着样本数的增加,失效概率的标准差逐渐减小,但趋势减缓;随机产生8000样本数可以满足Monte Carlo法可靠度分析的收敛要求;考虑了垃圾土变异特性的填埋场可靠度分析,安全系数的概率分布并不只有一种分布,而是在正态分布与对数正态分布之间随机发生;所提方法所得可靠度指标值相比一次二阶矩法所得偏小,且该方法的随机分布性以及可操作性,使得这种方法能更好地评估填埋场的稳定性。     

边坡稳定的模糊随机可靠度分析

基于概率论与数理统计及模糊数学,进行了参数的模糊随机统计分析,在此基础上进行了边坡稳定的定值法分析及可靠度分析.结果表明:参数的统计方法对边坡稳定性分析结果有较大的影响;采用模糊随机可靠度分析方法能更好地评价边坡的稳定性.     

基于各向异性随机场的黏土边坡可靠度分析

由于复杂的地质演化过程的影响,土体参数往往具有一定的空间变异性,因经历不同的地质作用使土体在水平方向和竖直方向的参数表现出各向异性.基于各向异性随机场,本文通过黏土边坡的随机有限元分析方法,揭示了不排水强度各向异性对黏土边坡可靠度及破坏机制的影响规律.参数分析结果表明:黏土边坡的安全系数均值不小于1.3时,若忽略各向异性的影响,则低估了边坡的失效概率,得到不保守的结果;同时,黏土边坡坡度越小,各向异性的影响越大,越不能忽略其影响.随机有限元程序得到的黏土边坡破坏机制显示,在各向异性条件下,边坡滑动面呈现部分的线性形状.     

含主控弱面双滑块破坏边坡可靠度优化分析

论述了边坡含主控弱面的双滑块玻坏形式之可靠度计算方法，同时研究了利用优化方法来搜寻最小可靠度下的最危险滑面．将此边坡可靠度优化分析法应用于新疆雅满苏铁矿东采场下盘边坡可靠度分析，获得了成功．该法可用于评价各类双滑块破坏边坡的可靠性．     

基于改进一次二阶矩法的可靠度理论在高填方边坡加固中的应用

高填方边坡的坡体不确定性使其安全稳定的影响因素变得复杂,单一的安全系数验算并不能保证其稳定,综合可靠度分析可为其稳定安全提供依据。基于改进一次二阶矩法,建立了锚定板挡土墙的系统可靠度分析模型,根据锚定板的破坏模式,给出锚定板体系的功能函数,得到了不同破坏模式下的可靠度指标和失效概率。利用MATLAB软件对某高填方边坡锚定板挡土墙加固前后进行算例分析,考虑参数的变异性,分析参数在不同变异系数下对系统可靠度指标的影响和土体参数的敏感性。结果显示,加固前后安全系数相近但可靠度指标有很大提高;填土内摩擦角φ对可靠度的影响最显著,即敏感性最高。