某滑坡体岩土参数概率分布统计分析方法研究

为了给某坝址比选提供滑坡体的岩土参数概率分布类型,解决小样本条件下岩土参数概率分布难以确定的问题,通过勘察试验数据分析,工程类比分析等方法确定了滑坡体可靠性计算参数的分布类型及参量,以此为先验函数,并基于Bayes统计理论对滑坡体岩土参数进行优化研究,以其中的“上田”滑坡体为例对岩土参数进行优化计算,计算结果表明,优化后方差和变异系数均有下降,可以提高滑坡防治工程的可靠性,从而达到优化的目的。     

基于Monte-Carlo随机法涉水古滑坡复活概率分析

考虑涉水古滑坡岩土体参数复杂性、随机性特征,以贵州某古滑坡为研究实例,引入基于Monte-Carlo随机数法的滑坡可靠度计算方法,分别建立Bishop法、瑞典条分法、简布法和剩余推力法对应极限状态方程,并采用该4种方法分别计算桐梓河该涉水古滑坡的可靠度和复活概率,同时,对4种方法评价结果进行综合分析,最终确定该古滑坡的整体复活概率状况;最后,对造成该古滑坡复活滑动的模拟次数、模型概型、变异性等因素进行敏感性分析。     

降雨影响下的区域滑坡危险性动态评价研究——以三峡库区万州主城区为例

 降雨引发的滑坡具有区域性的群发效应,能够在短时间内造成大量的灾难性损失。基于此,提出一种可考虑不同降雨期影响的区域滑坡危险性评价方法。该方法以瞬态降雨入渗的区域斜坡稳定性计算模型为基础,将滑坡危险性定义为在一定持续降雨期内各栅格单元体失稳的概率。通过岩土体物理力学参数的不确定性进行各栅格单元体失稳概率的求解,继而获得区域内滑坡的危险性分布。基于ArcGIS软件开发出区域滑坡危险性动态评价工具。以三峡库区万州主城区为例,详细介绍危险性评价工具的数据处理过程以及参数选取方法,并以2种不同的降雨工况进行比较计算。现场斜坡稳定性的调查与计算结果的对比及统计分析表明：滑坡的危险性分布图与真实滑坡的稳定性情况基本一致,并在一定程度上反应了该地区斜坡稳定性的时空分布特征,测试并验证了评价工具的正确性。     

岩土参数最优概率分布推断方法及判别准则的研究

 为了获得岩土参数概率分布的最佳推断方法,首先考虑岩土参数均为非负值的特性,提出以“3?”准则为基础并考虑样本数据偏度进行调整的积分区间确定方法;以5组典型岩土参数作为基本信息,利用经典分布拟合法、最大熵法、一般多项式逼近法、正交多项式逼近法和正态信息扩散法分别对其概率分布函数进行了推断,并根据K-S检验法进行检验。通过所得概率分布的检验值、累积概率值和函数曲线的对比,研究上述方法的优劣。结果表明：与经典分布拟合法相比,其他4种方法的检验值普遍较小,均克服了经典分布无法反应样本随机波动性的缺陷,并且满足累积概率值等于1的要求。但最大熵法的检验值存在大于经典分布检验值的情况,一般多项式和正交多项式方法的概率密度函数则在样本数据局部分布区间存在负值情况。正态信息扩散法不存在上述缺陷,而且该方法得到的检验值最小,累积概率值始终为1,并可以随着样本的波动呈现多峰状态,拟合精度最高,是一种比较理想的最佳推断方法。最后给出了岩土参数最优概率分布的判别准则。     

基于区间理论的挡土墙稳定性非概率可靠性分析

针对现有可靠性分析方法的局限性与不足,首先,根据挡土墙岩土力学参数取值的区间性特征,引入区间分析理论,视挡土墙岩土力学参数为区间变量,在确定出挡土墙稳定可靠性分析的合理功能函数基础上,建立出基于区间理论的挡土墙结构稳定非概率可靠性计算模型;其次,针对区间运算结果扩张问题,引入区间组合法和改进区间截断法,建立出挡土墙稳定性非概率可靠性分析的区间运算方法,进而建立出基于区间理论的挡土墙稳定性非概率可靠性分析方法;最后,将该方法应用于工程实例,结果表明了本文方法的合理性与可行性,并探讨了岩土力学参数对挡土墙稳定性非概率可靠性指标的影响规律,具有一定的工程参考价值。     

基于破裂度的堆积层滑坡危险性分析方法

分析地表裂缝和滑面状态在滑坡灾害形成过程中表现出来的基本特征,建立地表裂缝和地质体内部破坏状态之间的联系。简单介绍基于连续介质力学的离散元法,对具体的、典型的滑坡进行数值模拟,发现数值模拟结果中的地表裂缝和材料强度有某种相关性,并且存在一个地表最大破裂数。同时定义滑面贯穿时对应的破裂数为滑面最大破裂数。提出破裂度的概念,分地表破裂度和滑面破裂度,取值为滑坡相应位置当前破裂数与最大破裂数之比。研究发现,地表破裂度与滑面的贯通有明确的对应关系,可以直接描述地质体的危险程度,并基于此提出破裂度分析滑坡危险性的基本方法。地表破裂度与网格的划分数目、形状等参数的相关性不大。说明基于破裂度和CDEM分析方法判别滑坡体的危险度是可行的。     

地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害评价方法

 基于莫尔–库仑破坏准则,通过引入地震动惯性力和地下水位系数,推导地震与降雨耦合作用下的滑坡安全系数计算公式。提出应用滑坡体物性、几何参数频度分析和蒙特卡罗模拟联合求算滑坡滑动概率的思路,建立综合坡度、土体类别、地震动强度和地下水位系数等因素的滑坡滑动概率理论判定矩阵。利用计算获得的特定研究区内不同强度地震动的重现概率,可将该矩阵转化为不同复发年限内实际地震发生条件下滑坡滑动概率的理论判定矩阵。依据2类理论判定矩阵,结合GIS技术、数字地质图和高精度DEM数据,即可实现地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害的概率性评价;以日本北九州市为例,给出应用该方法评价区域滑坡灾害的概率性预测结果。     

基于Monte-Carlo随机数法的横山滑坡稳定性可靠度分析

文章采用从随机分布概率出发的可靠度分析法,考虑了岩土体参数存在的变异特征,评价滑坡稳定状况。提出了基于Monte-Carlo随机数法,建立对应Monte-Carlo随机过程,进而求解滑坡失效概率和可靠度指标,充分分析了可靠度理论评估滑坡稳定性的优势和适用性,并对G4216线横山滑坡稳定状况进行综合评价。最后,综合横山滑坡稳定性状态,为该滑坡防治研究提供技术参考。     

基于统计数据的滑坡敏感性因子分析

对奉节县老屋里滑坡进行滑坡敏感性因子分析,以滑坡的主轴断面为计算剖面,基于极限平衡法计算了滑体重度、滑带抗剪强度参数变化时滑坡的稳定系数,参数变化范围以大量的岩土统计参数值为依据。分别保持某一参数不变,作出其余二者与稳定性系数的关系曲线图,并固定一套参数取值方案,比较各参数随稳定性系数的变化趋势,最后得出敏感性分析结果。     

基于界面牛顿力测量的双体灾变力学模型研究

 地震和滑坡灾害是人类面临的2种主要地质灾害,严重威胁人类社会的安全。这两类地质灾害的本质是相同的,通常与沿着构造带(面)两侧块体的相对运动有关。然而,常规监测方法主要针对位移、水位等进行监测,这些参数是产生灾变的必要条件,而非充分条件,不能作为灾变预测的主要依据。通过实验室模拟研究,首先发现“牛顿力突降,灾变发生”的实验现象,证明2个块体相对运动的核心问题是构造带(面)上的牛顿力变化;其次,在此基础上建立基于牛顿力变化测量的双体灾变力学模型和数学表达,并提出牛顿力的测量方法;最后,利用自主研发的牛顿力变化远程监测预警系统,通过滑坡现场监测,证实“牛顿力突降,滑坡发生”的科学现象。     

基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法

根据边坡稳定性影响因素的随机性、模糊性以及岩土材料力学参数取值的区间性特征,采用非对称三角模糊数表示岩土力学参数取值可能性分布,并对试验数据进行区间模糊优化分析。将所得非对称三角模糊数转化成区间数,运用边坡稳定性分析的简化Bishop法与区间组合法建立边坡安全系数区间值及可能滑动面求解方法,避免了区间函数运算的区间扩张问题。将安全系数区间计算函数与给定安全系数值之差作为功能函数,利用非概率模糊可靠性分析方法计算不同截集水平下的模糊可靠性指标,进而得到其可能性分布曲线,并由可能性理论求得边坡失效可能度,从而建立了基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法。工程算例表明,该方法具有一定的合理性,为边坡工程稳定性评价提供了新的途径。     

基于Beta分布的改进的一次可靠度法研究

为了提高一次可靠度方法的计算精度和计算效率,文章利用Beta分布拟合了功能函数中的随机变量的概率分布,利用VBA语言给出了将Beta分布和对数正态分布转化为标准正态分布的方法,采用蒙特卡洛模拟法比较了采用不同概率分布的一次可靠度计算精度。算例分析表明:当功能函数中随机变量服从对数正态分布时,失效概率被高估;当随机变量服从正态分布时失效概率被低估。利用本文提出的Beta分布拟合随机变量的概率不仅大大提高了计算精度,而且在保证迭代收敛的前提下提高了计算效率。     

反应谱离散性对梁桥概率地震需求预计的影响

以一座三跨非规则钢筋混凝土连续梁桥为例,选择2组实际地震波作为输入地面运动,通过IDA分析探讨地震波反应谱的离散度对于梁桥结构概率地震需求预计的影响,得到以下结论：实际地震波的反应谱离散度与桥梁结构概率地震需求预计的离散度密切相关;针对基于概率理论的PBEE和PBSD,合理的选择实际地震波进行动力分析,可以使地震需求的概率分布更加符合实际情况,提高概率地震需求预计、易损性曲线等计算结果的精确性和计算效率。     

基于块体离散元的高速远程滑坡灾害动力学研究

高速远程滑坡的破裂及致灾机制一直是滑坡灾害难点之一。为了深入高速远程滑坡灾害动力学过程,本文提出一种基于块体离散元法的黏结断裂模型,并基于图形处理器(GPU)实现了高性能并行计算,进而开发了地质体从连续到破裂解体过程的耦合模拟平台–耦合离散元程序(CoDEM)。在此基础上以2000年西藏易贡滑坡为例,系统研究了滑坡体的"高位崩塌区崩解启动–老滑坡体复活–碎屑流高速流动–堰塞体形成"的全过程。通过对比数值计算结果和现场地质调查资料,表明计算得到的堆积范围、物质组成与滑坡实际状态较为吻合。根据滑坡不同阶段的运动特征,将滑坡灾害区分为4个部分:启动区、缓冲区、流通区和刹车区。     

考虑概率分布影响的低概率水平边坡可靠度分析

目前考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析所研究的边坡几何尺寸相对较小。为有效地分析考虑参数空间变异性的几何尺寸相对较大的边坡可靠度问题,提出了基于多重响应面与子集模拟的边坡可靠度分析方法。以一个坡高为24 m的两层非均质黏土边坡为例验证了提出方法的有效性,并探讨了正态、对数正态、极值I型、Gamma和Beta这5种概率分布类型对边坡可靠度的影响。结果表明,提出方法具有以下优势:1可以有效地计算考虑多参数空间变异性的低概率水平边坡可靠度;2可以较好地解决几何尺寸相对较大的边坡可靠度问题;3有较高的参数敏感性分析计算效率,可为调查概率分布类型和波动范围等参数统计特征对边坡可靠度的影响提供技术支持。此外,参数概率分布类型对边坡可靠度具有重要的影响,常用的正态和对数正态分布分别用于表征参数概率分布特征时,可能会分别高估和低估边坡失效概率。     

基于截尾概率分布的基坑突涌模糊可靠度分析

岩土工程可靠度分析中,计算参数具有随机性,稳定性评价具有模糊性。传统的Monte Carlo模拟方法计算可靠度时,往往假定参数概率分布在正负无穷之间分布,与真实情况不符,而且其计算效率也往往较低。规范推荐的基坑突涌验算公式,计算结果往往偏于保守。引入截尾概率分布的确定方法,对参数概率分布进行截尾处理;提出拉丁超立方抽样与最大熵原理结合来确定结构响应概率分布的方法,并将其与模糊可靠度原理结合,构建了基于抽样模拟的模糊可靠度计算模型;推荐了考虑土体抗剪强度的突涌验算公式。将所提方法应用于某深基坑工程突涌分析中,其结果表明,基于截尾分布的抽样可以有效避免参数抽样值为负数的情况,所提计算模型效率明显优于传统的Monte Carlo模拟方法,模糊可靠度的计算结果比经典可靠度更符合工程实际情况。     

基于位移和松弛深度的岩体参数概率反分析方法

鉴于目前工程中含多目标变量多参数输出的概率反分析方法匮乏,在改进多输出支持向量机算法(MSVM)的基础上,建立基于贝叶斯理论(Bayes)的概率反分析方法(B-MSVM方法)。该方法通过改进支持向量机算法形成多个岩体参数与多目标变量之间的映射关系,以分步开挖引起的典型测点的松弛深度和表层变形监测信息为输入,以边坡岩体多个力学参数为待反分析输出,通过选择合适的核函数在改进的支持向量机算法中运算,获得多次开挖条件下待反分析参数的取值及其不确定性动态表征。应用该方法对白鹤滩水电站坝基边坡的力学参数进行反分析,得到10个非相关参数的取值及其不确定性分布,用反分析的参数值计算相应开挖步下边坡典型测点的位移和松弛深度,并与实测值进行对比,结果表明该方法的正确性,并初步讨论本方法在相关参数反分析计算中的应用思路。研究成果为岩土工程参数概率反分析方法的建立提供了思路,具有重要的理论意义和工程实用价值。     

资料索引

钢筋锈蚀率概率分布的动态演进模拟为获得钢筋混凝土(RC)材料性能在氯离子侵蚀作用下的衰退规律,研究了RC构件中钢筋锈蚀率(SCR)的概率密度函数(PDF)随时间演进的过程。引入路径概率模型(PPM)分析了给定服役时间下SCR的PDF。把钢筋锈蚀过程按照初锈阶段和锈蚀扩展阶段划分为一系列路径,计算每一条路径下SCR的无条件概率分布,并用概率求和方法获得所有路径下SCR的无条件概率分布,在PPM的基础上,考虑不同的服役时间,用Monte Carlo方法模拟SCR的PDF动态演进过程;结合具体算例进行了模拟分析,给出了SCR的PDF随服役时间的演进结…     

非概率响应面界限法在桥梁可靠性评估中的应用

桥梁结构中各种不确定性的存在加大了可靠性评估的难度,而且对于复杂桥梁往往难以获取相应的功能函数。本文针对上述问题提出基于非概率可靠性理论的响应面界限法,用于求解非概率可靠性指标,评估在役桥梁的可靠性,建立一套适用于在役桥梁的非概率可靠性评估流程。研究以三跨PC连续刚构桥为例,通过确定区间变量参数,利用Midas软件建立桥梁有限元模型;以中跨的跨中截面为控制截面,获取极限弯矩等参数,利用Matlab软件对获取的数据进行处理,并利用提出的响应面界限法求解非概率可靠性指标η,结果为η=1.157621,表明在役桥梁处于可靠状态。算例分析表明,基于响应面界限法的非概率可靠性评估方法,便于求解非概率可靠度指标,对在役桥梁进行可靠性评估具有较强的优势。     

有限数据条件下空间变异岩土力学参数随机反演分析及比较

现场和室内试验数据通常非常有限,基于有限数据难以确定岩土力学参数统计特征。随机反演方法可为有限数据条件下岩土力学参数统计特征及概率分布推断提供一条有效的途径。发展3种可解释岩土力学参数空间变异性的参数随机反演方法(DREAM_((zs))、BUS和aBUS),并从随机样本产生方式、收敛判据、模型证据和后验失效概率计算等方面对这3种方法的基本原理进行比较。最后,通过2个边坡案例对这3种方法的收敛性、计算精度和效率等进行了系统比较,进而总结了针对不同岩土力学参数随机反演问题应优先推荐使用的方法。结果表明:DREAM_((zs))方法对于低维问题计算精度和效率高。BUS方法在子集模拟运算之前需要提前确定似然函数乘子取值,适合分析考虑参数空间变异性和似然函数计算量较大的高维问题。aBUS方法不依赖于似然函数乘子取值,并且计算精度较高,适合求解考虑参数空间变异性和似然函数计算量相对较小的高维问题,但是该方法需要耗费一定的计算量来定量地判断计算是否收敛。