各向异性随机场下的边坡模糊随机可靠度分析

土性参数具有很大的空间变异性,且在水平方向和垂直方向上差异显著。基于随机变量模型的传统边坡模糊随机可靠度分析方法并未对此进行考虑。提出一种能合理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。首先,视黏聚力和内摩擦角的均值为正态模糊数,对其取不同的λ截集水平并在各截集水平上进行参数组合。其次,利用各向异性随机场模拟土性参数的空间变异性,将有限元法和Monte–Carlo模拟相结合,计算各参数组合对应的可靠度指标。再通过数学方法得到边坡在各截集水平上的可靠度指标。最后,运用加权平均法计算边坡的模糊随机可靠度指标。算例分析表明:与水平方向的空间变异性相比,垂直方向的空间变异性对边坡模糊随机可靠度的影响更为显著;不考虑土性参数的空间变异性在一般情况下会低估边坡的模糊随机可靠度指标,但在抗剪强度参数变异性较大时,反而可能会高估边坡的模糊随机可靠度指标;此外,黏聚力与内摩擦角之间的相关性对边坡失效概率的影响趋势基本不受土性参数空间变异性的干扰。     

二维土质边坡稳定可靠性分析分层离散随机场矩方法

针对边坡稳定可靠性涉及多参数相关且具有空间变异性、极限状态方程非显式等难题,建立土质边坡稳定可靠性分析的分层离散随机场矩法。基于局部平均理论,根据土性参数的竖向分层特性,将层内参数简化为随机变量,不同层的参数通过方差函数体现其竖向空间变异性,提出高效的土性参数分层离散随机场模型,可有效模拟土性参数的竖向变异性以及多参数相关性。将边坡稳定可靠性功能函数简化为土性参数的降维近似函数,采用点估计的高阶矩法,建立土质边坡稳定可靠性分析的离散随机场矩法。算例分析结果与MCS以及多重随机响应面法结果高度一致,验证了本文方法的高效、简捷与合理。     

考虑参数空间变异性的边坡可靠度分析非侵入式 随机有限元法

提出了考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法。采用Karhunen-Loeve级数展开方法表征土体抗剪强度参数空间变异性,其中通过wavelet-Galerkin技术求解Fredholm积分方程得到相关函数的特征解。基于有限元滑面应力法计算边坡安全系数,采用随机多项式展开将隐式函数表达的安全系数替换为显式函数表达的安全系数,并编写了计算程序NISFEM。研究了所提方法在考虑土体参数空间变异性的边坡稳定可靠度分析中的应用。结果表明：提出的非侵入式随机有限元法极大地提高了考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析的计算效率,为解决复杂边坡稳定可靠度问题提供了一条有效的途径。考虑抗剪强度参数空间变异性的边坡可靠度分析存在临界变异系数,其随边坡安全系数的增加而增大。当抗剪强度参数的变异系数小于临界变异系数时,忽略土体参数空间变异性将会高估边坡失效概率。当边坡安全系数小于1时,边坡失效概率并不总是随着抗剪强度变异系数的增加而增大。此外,土体黏聚力和内摩擦角随机场间相关性对边坡失效概率具有十分明显的影响。     

土质边坡可靠性分析的分层非平稳随机场模型

在边坡稳定可靠度分析中使用较为广泛的土性参数平稳随机场模型,通常假设土性参数具有定值涨落尺度或相关长度。对于土壤类别差异较大、分层显著的边坡,尤其是存在局部软弱层的边坡,该模型无法有效模拟不同土层尤其是软弱层的影响。为此,针对由不同类别土壤构成的具有显著分层特性的土性边坡,建立了沿深度方向具有多涨落尺度的土性参数非平稳随机场模型。采用连续回归分析各层土性参数的均值变化函数与方差结构,利用指数相关函数构建非平稳随机场的协方差矩阵,建立了具有多涨落尺度的土性参数非平稳随机场模型,应用塑性极限分析方法,对一个实际工程边坡进行了稳定可靠性分析,研究了黏聚力、内摩擦角等强度参数的非平稳性对临界滑移面形状、位置以及边坡稳定可靠度的影响。分析结果表明,所建具有分层非平稳随机场模型,适于土性参数沿土体埋深呈明显分层特征的土质边坡,能有效反映局部软弱层对边坡稳定可靠性的影响,而平稳随机场模型或均值连续变化的非平稳随机场模型则适于由同一类型土壤构成的边坡。     

加筋地基可靠度计算方法研究

在给出加筋条形地基概率可靠度分析极限状态功能函数的同时,指出对计算模式——汉森(Hassan)公式不确定性进行修正的必要性,并以汉森公式计算的均值与现场承载力试验的均值相等进行修正。同时考虑土性参数c与φ值的自相关性和负的互相关性,使条形地基承载力可靠度增加。对加筋条形地基可靠度计算中考虑了3种不确定性:1)材料参数的不确定性。2)荷载和作用因素的不确定性。3)计算模型的不确定性。最后指出,加筋地基可靠度计算方法是一个值得进一步研究的课题。     

地基承载力土性参数的概率统计分析

本文简单介绍土性参数随机场理论及其相关距离的计算方法,在此基础上,提出地基承载力土性参数c、ψ值考虑自相关性的概率统计方法和简化计算式,并给出了工程实例.     

考虑地质成因的土坡可靠度分析

 不同地质成因的边坡在土体参数统计变异性相同的情况下,由于空间变异性不同,其稳定状态并不一定相同,传统的边坡稳定性确定性分析和基于随机变量模型的边坡可靠度分析方法无法考虑坡体的特定地质成因。由地质成因估计土体参数的波动范围,从而通过土体参数波动范围这一指标把地质成因纳入边坡稳定性分析框架,提出考虑地质成因的边坡可靠度分析方法,介绍具体的分析流程,采用一维随机场模拟和验算点法完成边坡可靠度分析。算例计算结果显示岩土参数空间变异性对边坡稳定性的影响很大,由地质成因估计土体参数的波动范围,为在边坡可靠度分析中合理考虑土体参数空间变异性提供一条现实的解决途径,值得在工程应用中推广。     

黄土抗剪强度参数均值与方差的Bayes估计及其应用

为解决黄土强度参数估计问题,从工程勘察项目中共收集统计了3 384组Q₁、Q₂、Q₃黄土强度参数黏聚力c、内摩擦角φ值的测试数据,不考虑二者的相关性,将参数均值和方差都作为随机变量,建立起黄土强度参数c、φ的正态-逆伽马先验分布。基于Bayes理论,利用共轭先验法推导了参数后验分布和后验概率密度函数的期望值求解公式,确定了估计的误差。以陕西泾阳黄土边坡为例,利用所建立的先验分布和边坡土层测试强度指标,求取参数的后验分布,进一步估计了边坡失效概率的概率分布和稳定系数均值的概率分布。结果表明：在95%的置信度下,按稳定系数评价,边坡均处于基本稳定状态,且稳定系数置信区间小;按失效概率评价,边坡接近稳定状态,但失效概率的置信区间较大,黄土强度参数的方差控制着边坡失效概率的置信区间,将方差作为随机变量,考虑方差变异性,能更科学地评估黄土工程的可靠度。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

考虑地层变异性和土体参数空间变异性的边坡可靠度全概率设计方法

目前边坡稳定设计研究中大多数考虑了土体参数的空间变异性,但忽略了地层变异性的影响。为此,提出了一种同时考虑这两类变异性的边坡可靠度全概率设计方法。在全概率设计框架内,将广义耦合马尔可夫链模型与随机场模型相耦合用于同时表征地层变异性和土体参数空间变异性,给出了所提方法的计算流程。利用澳大利亚珀斯市钻孔资料,以某边坡为例进行可靠度设计,为说明在边坡可靠度设计中同时考虑地层变异性和土体参数空间变异性的重要性,分析了仅考虑土体参数空间变异的情况,进一步分析了同时考虑两类变异性的情况,并对二者进行了比较。结果表明:所提出的边坡可靠度设计方法能够有效地考虑边坡中存在的地层变异性和土体参数空间变异性。当仅考虑土体参数空间变异性时,边坡可靠度设计结果很大程度上取决于所采用地层的分布情况,特别是地层分布中抗剪强度较强土体类型占比高于真实情况时,将导致得到的最优设计方案偏于危险。反之,若地层分布中抗剪强度较弱的土体类型占比高于真实情况,得到的最优设计方案偏于保守。因此,为准确地得到最优设计方案,在边坡可靠度设计中应同时考虑地层变异性和土体参数空间变异性的影响。     

小样本岩土参数的Bootstrap估计及边坡稳定分析

 针对岩土参数小样本下t分布法区间估计较宽将导致工程设计偏于保守的问题,根据描述土体固有变异性的c,?总体开展小样本随机取样勘察模拟,运用Bootstrap法进行数据重构得到区间估计和点估计结果,对比与t分布法所得参数估计的差异。基于充足次数重复抽样构建的参数估计空间,分析与之映射的边坡稳定安全系数离散特征。研究表明：对应于同一置信水平,能充分利用小样本经验分布信息的Bootstrap法可有效收窄c,?均值置信区间,保证率下限值较传统t分布法结果更接近真值;虽然2种方法得到点估计结果的均值和方差相同,即对应的边坡稳定可靠指标相等,但采用Bootstrap法保证率下限值计算的边坡稳定安全系数均值相对较大,离散性更小,且这种改善效果随参数变异水平上升愈加明显;在保证相同可靠度条件下,Bootstrap法能更合理地对小样本统计不确定性导致的边坡安全风险进行补偿。     

抗滑桩加固边坡的稳定可靠度分析

经常需要在试验资料不充分的条件下进行边坡工程设计,故如何从搜集到的各方面信息中统计得到工程设计所需参数具有重要的理论和工程意义。某边坡工程以实测两断层实验数据为基础,参照类似工程的实测资料分析结果,利用岩石分类确定断层的内摩擦角,利用反演分析和考虑残差的最小二乘拟合的方法确定断层的黏聚力;抗滑桩是横向受力体系,考虑抗滑桩4种失效模式的相关性,利用反分析的方法确定出抗滑桩的抗力统计参数;根据规范推荐的传递系数法确定出边坡滑动的功能函数,利用离散化降维解法求得边坡稳定的可靠度指标。分析结果表明:利用反演方法修正参数,减少了认识的不确定性,能够提高边坡工程设计的可靠性,在统计数据不足的情况下按可靠度进行边坡工程设计是一种可行方法;同时表明锚索抗滑桩加固边坡的效果是显著的。     

土体抗剪强度指标变异水平对边坡稳定安全系数取值的影响

针对传统的边坡稳定极限平衡方法不能考虑土体抗剪强度指标变异性影响的问题,基于极限状态的概率分析原理,采用 Monte-Carlo 法对均质路堤边坡的稳定性开展了可靠度计算,讨论了稳定安全系数一定的条件下边坡失效概率随土体抗剪强度指标变异水平的变化规律,分析了安全系数与边坡可靠指标的对应关系及其随土体抗剪强度指标变异水平的变化特征。研究表明：边坡可靠度受土体抗剪强度指标变异性影响显著,呈现出随土体抗剪强度指标变异水平提高而急剧减小的趋势;为保证边坡具有相同的可靠性,安全系数的取值应与土体抗剪强度指标的变异性相适应,据此提出了基于可靠指标和土体抗剪强度指标变异水平的安全系数取值原则及其对应的三参数函数关系式。     

基于承载力和沉降的条形基础稳定性区间非概率可靠性综合分析方法

 提出采用区间值表示土体力学参数取值,以反映参数取值的不确定性特征,并根据参数取值特性建立出相应参数的区间值确定方法。在研究地基承载力计算方法基础上建立条形基础承载力区间非概率可靠性分析模型,并以沉降计算方法为基础建立条形基础沉降区间非概率可靠性分析模型。运用区间理论与一维优化算法求解非概率可靠性指标,并采用可靠性评价准则对条形基础稳定性进行综合评价,从而建立出基于承载力和沉降的条形基础稳定性区间非概率可靠性综合分析方法,该方法能综合反映承载力和沉降对条形基础稳定性的影响。工程算例分析表明该方法具有一定的合理性,能完善条形基础稳定性的可靠性分析方法与理论。     

土钉支护结构的可靠度分析

指出土钉支护工程中存在大量的不确定性,应进行可靠度分析,基于极限平衡理论,采用验算点法进行了土钉支护结构内部稳定的可靠度分析,并与定值法分析作了比较,探讨了条分数、土钉水平间距、坡率等因素对安全系数及可靠指标的影响。     

广州科学城岩质边坡稳定性可靠度分析

边坡稳定性问题是边坡工程最关键的问题,如何研究其稳定性也是岩土工程的重点研究课题。把Monte Carlo法引入边坡稳定性分析和评价中,借助传统的极限平衡理论,建立边坡稳定性分析的极限状态函数。运算过程中采用伪随机数的方法生成服从正态分布的抗剪强度参数随机变量,进而求出边坡安全系数、安全系数的可靠度指标和失效概率。与传统的极限平衡方法相比,可靠性分析可以直观地反映边坡稳定的可靠程度及其失效概率,能为边坡工程支护设计提供更为可靠的参数,同时也能为生产提供指导作用。因此,可靠度分析方法是边坡稳定性评价的有效方法,具有广泛的应用前景。